JP2019034696A - Power receiving device for railway vehicle and non-contact power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両用受電装置および非接触給電装置に関し、特に、複数の共振回路の結合共振によって電力が伝送される装置に関する。 The present invention relates to a railway vehicle power receiving device and a contactless power feeding device, and more particularly to a device in which power is transmitted by coupled resonance of a plurality of resonance circuits.
鉄道に用いられる台車の保守/点検に関する研究開発が行われている。この研究開発は定期点検の手段に関するものが主であり、鉄道が運用されているときの検査に関するものではなかった。しかし、近年、各種無線センサの発展に伴い、無線加速度センサを用いた台車の振動計測、無線音センサを用いた車輪の異音計測、無線温度センサを用いた台車の軸受けの温度上昇計測、無線電気導電率センサを用いた台車のバネのクラック検査等を鉄道が運用されているときに実行し、タイムリーな保守/点検を行うことに関する研究開発が進んでいる。また、鉄道のレールを検査する技術についても研究開発が行われている。この技術には専用の試験車を用いるものがある。試験車の台車にはレールの変形等を検出するセンサが設けられ、試験車の車室にはセンサから検出情報を取得する解析装置が設けられている。解析装置は、試験車がレールに沿って走行しているときに、走行位置を示す情報と共に検出情報を取得する。これによって、解析装置は、走行区間の各位置におけるレールの状況を記録する。試験車としては、ドクターイエローとして広く知られている電気軌道総合試験車がある。 Research and development related to the maintenance / inspection of trucks used in railways is being conducted. This research and development was mainly related to the means of periodic inspections, not about inspections when the railway was in operation. However, in recent years, with the development of various wireless sensors, the vibration measurement of the carriage using the wireless acceleration sensor, the abnormal sound measurement of the wheel using the wireless sound sensor, the temperature rise measurement of the bearing of the carriage using the wireless temperature sensor, the wireless Research and development is progressing on performing timely maintenance / inspection by executing inspection of a spring of a carriage using an electric conductivity sensor when the railway is in operation. Research and development is also being conducted on techniques for inspecting railroad rails. Some of these technologies use dedicated test vehicles. A sensor for detecting deformation of the rail or the like is provided in the bogie of the test car, and an analysis device for obtaining detection information from the sensor is provided in the cabin of the test car. The analysis device acquires detection information together with information indicating the traveling position when the test vehicle is traveling along the rail. Thereby, the analysis apparatus records the state of the rail at each position in the traveling section. As a test vehicle, there is an electric track comprehensive test vehicle widely known as Doctor Yellow.
以下の特許文献1には、電気軌道総合試験車に関する技術が記載されている。また、以下の特許文献2および3には、本願発明に関連する技術として鉄道車両の台車に関する技術が記載されている。 The following Patent Document 1 describes a technique related to an electric track comprehensive test vehicle. Also, in Patent Documents 2 and 3 below, a technique relating to a bogie of a railway vehicle is described as a technique related to the present invention.
従来、鉄道車両の台車の保守/点検は定期的に行われており、それと共に部品の定期交換がされてきた。しかし、この定期交換では、運用に問題のない部品が交換されてしまうこともあり、逆に交換した方が好ましい状態となっている台車の部品が交換できないこともある。そのため、台車にセンサおよび解析装置を搭載して営業運転中に台車の状況を検査することが提案されている。また、一般に、レールを検査する専用試験車は、旅客輸送や貨物輸送等に用いられることはない。そのため、専用試験車を製造または購入した場合には、費用対利益の観点から不利となることがある。そこで、旅客用または貨物用の車両にセンサおよび解析装置を搭載してレールを検査することが提案されている。しかし、既に完成している車両の台車にセンサを取り付け、車室に解析装置を配置する場合、センサと解析装置との間のケーブルの引き回しが困難となり、構造が複雑となるという問題が生じる。 Conventionally, maintenance / inspection of a railcar bogie has been carried out regularly, and parts have been exchanged regularly. However, in this periodic replacement, parts that do not have a problem in operation may be replaced, and conversely, parts of the carriage that are in a preferable state may not be replaced. For this reason, it has been proposed to mount a sensor and an analysis device on the cart to inspect the status of the cart during commercial operation. In general, a dedicated test vehicle for inspecting rails is not used for passenger transportation or cargo transportation. Therefore, when a dedicated test vehicle is manufactured or purchased, it may be disadvantageous from the viewpoint of cost / benefit. Therefore, it has been proposed to inspect a rail by mounting a sensor and an analysis device on a passenger or cargo vehicle. However, when the sensor is attached to the already-completed vehicle carriage and the analysis device is arranged in the passenger compartment, it becomes difficult to route the cable between the sensor and the analysis device, resulting in a complicated structure.
本発明は、鉄道車両に搭載される装置の構造を単純化することを目的とする。 An object of the present invention is to simplify the structure of a device mounted on a railway vehicle.
本発明は、鉄道車両の台車に設けられる受電コイルと、前記鉄道車両の車体に搭載された送電装置の共振回路、および、前記受電コイルが形成する共振回路の結合共振によって、前記送電装置から電力の供給を受ける受電部と、を備えることを特徴とする。 The present invention provides a power receiving coil provided on a bogie of a railway vehicle, a resonance circuit of a power transmission device mounted on a vehicle body of the railway vehicle, and a coupled resonance of a resonance circuit formed by the power reception coil to generate electric power from the power transmission device. And a power receiving unit that receives the power supply.
本発明は、望ましくは、前記台車における物理量を検出し、検出情報を前記送電装置に無線送信する検出部を備え、前記受電部は、前記検出部に電力を供給する。 The present invention preferably includes a detection unit that detects a physical quantity in the carriage and wirelessly transmits detection information to the power transmission device, and the power reception unit supplies power to the detection unit.
本発明では、前記受電コイル、前記受電部および前記検出部を含む無線センサが構成されてもよい。 In the present invention, a wireless sensor including the power reception coil, the power reception unit, and the detection unit may be configured.
前記無線センサは、レール、台車、架線等の状態を検出し、検出結果を無線送信するものであってもよい。 The wireless sensor may detect a state of a rail, a carriage, an overhead line, and the like and wirelessly transmit a detection result.
望ましくは、前記台車は、前記車体に対して旋回自在な台車旋回部を備え、前記受電コイルは、前記台車旋回部に配置されている。 Desirably, the cart includes a cart turning portion that can turn with respect to the vehicle body, and the power receiving coil is disposed in the cart turning portion.
望ましくは、前記台車旋回部は、前記車体の下方にある接続部材を支持し、当該接続部材の位置を基準として旋回自在である。 Preferably, the cart turning portion supports a connecting member below the vehicle body and is turnable based on the position of the connecting member.
望ましくは、前記台車は、前記車体を支持すると共に前記車体の上下方向の運動を許容し、前記車体との間で前後方向に力を作用し合うボルスタを備え、前記台車旋回部は、前記ボルスタの下方にある接続部材を支持し、当該接続部材の位置を基準として旋回自在である。 Preferably, the cart includes a bolster that supports the vehicle body and allows the vehicle body to move in the vertical direction, and that exerts a force in the front-rear direction with the vehicle body, and the cart swivel unit includes the bolster The connecting member is supported below and pivotable with reference to the position of the connecting member.
望ましくは、前記受電コイルは、前記車体と前記台車旋回部との間に形成される隙間に配置されている。また、送電コイルと受電コイルは電磁気的に見通しが得られる場所に配置されてもよい。 Desirably, the said receiving coil is arrange | positioned in the clearance gap formed between the said vehicle body and the said cart turning part. Further, the power transmission coil and the power reception coil may be disposed in a place where a line of sight is obtained electromagnetically.
望ましくは、前記送電コイルは、コンデンサが付与され直列共振器を形成し、前記受電コイルは、コンデンサが付与され並列共振器を形成する。 Preferably, the power transmission coil is provided with a capacitor to form a series resonator, and the power receiving coil is provided with a capacitor to form a parallel resonator.
また、本発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の鉄道車両用受電装置と、前記送電装置と、を備え、1つまたは複数の前記鉄道車両用受電装置を備えることを特徴とする。 Moreover, this invention is provided with the power receiving apparatus for rail vehicles of any one of Claims 1-6, and the said power transmission apparatus, and is provided with the one or several said power receiving apparatus for rail vehicles. It is characterized by.
本発明に係る鉄道車両用の非接触給電装置では、前記受電コイル、前記受電部および前記検出部を含み、レール、台車、架線等の状態を検出する無線センサが構成されてもよい。 In the non-contact power feeding device for a railway vehicle according to the present invention, a wireless sensor that includes the power receiving coil, the power receiving unit, and the detection unit and that detects a state of a rail, a carriage, an overhead wire, or the like may be configured.
本発明によれば、鉄道車両に搭載される装置の構造を単純化することができる。 According to the present invention, the structure of a device mounted on a railway vehicle can be simplified.
図1には、本発明の実施形態に係る鉄道試験システムの構成が示されている。鉄道試験システムは、鉄道車両の台車の振動、異音、温度、電気導電率等を検出し、検出情報を車体において取得するものである。鉄道試験システムは、車体に搭載される車体側ユニット10と、台車に搭載される台車側ユニット22とを備えている。台車側ユニット22が備える検出部30は台車の振動等を検出し、検出情報を車体側ユニット10に無線送信する。
FIG. 1 shows the configuration of a railway test system according to an embodiment of the present invention. The railway test system detects vibration, abnormal noise, temperature, electrical conductivity, and the like of a railway vehicle carriage, and acquires detection information in the vehicle body. The railway test system includes a vehicle
検出部30に電源電力を供給するため、送電装置としての車体側ユニット10は、受電装置としての台車側ユニット22に非接触給電をする。すなわち、車体側ユニット10が備える送電共振回路19と、台車側ユニット22が備える受電共振回路23との結合共振(共鳴)によって、車体側ユニット10から台車側ユニット22に電源電力が供給される。
In order to supply power to the
鉄道試験システムの構成および動作について具体的に説明する。車体側ユニット10は、解析装置12、送電部14、送電コンデンサ16、送電コイル18、および車体側無線部20を備えている。
The configuration and operation of the railway test system will be specifically described. The vehicle
解析装置12は送電部14を制御し、送電部14に送電電圧を発生させる。送電部14は、解析装置12の制御によって、送電コンデンサ16および送電コイル18から構成される送電共振回路19に送電電圧を出力する。送電共振回路19は、送電コンデンサ16および送電コイル18による直列共振回路である。送電コンデンサ16の両端のうち、送電コイル18に接続されていない側の一端は送電部14に接続され、送電コイル18の両端のうち、送電コンデンサ16に接続されていない側の一端は送電部14に接続されている。送電部14は、送電コンデンサ16の一端および送電コイル18の一端の間に送電電圧を印加する。
The
また、解析装置12は送電部14を制御し、送電電圧の周波数を調整する。送電電圧の周波数は、1MHz以下の周波数であり、例えば、50kHz以上100kHz以下の周波数である。
The
台車側ユニット22は、受電コイル24、受電コンデンサ26、受電部28、および検出部30を備えている。受電コイル24および受電コンデンサ26は受電共振回路23を構成する。受電共振回路23は、受電コイル24および受電コンデンサ26による並列共振回路である。受電コイル24の両端および受電コンデンサ26の両端は受電部28に接続されている。
The
送電コイル18および受電コイル24は電気的または磁気的に結合する。これによって、送電共振回路19および受電共振回路23は、ある特定の周波数で結合共振する。送電電圧の基本周波数と結合共振周波数とが近似しているとき、または一致しているときに、送電部14から出力された電力は、送電共振回路19および受電共振回路23の結合共振によって、受電部28に伝送される。このように、台車側ユニット22は、送電共振回路19および受電共振回路23の結合共振によって、車体側ユニット10から電力の供給を受ける。
The
受電部28は、結合共振によって伝送された電力を検出部30に供給する。検出部30は、受電部28から供給された電力を電源電力として用い、次のように動作する。
The
検出部30は、センサ36、台車側無線部32および情報処理部34を備えている。情報処理部34は、受電部28を制御し、結合共振によって伝送された受電電力に応じて、受電共振回路23側から見た受電部28の入力インピーダンスを調整してもよい。この場合、情報処理部34は、受電電力または検出部30に供給される電源電力を測定し、測定値が所定値以上となるように受電部28の入力インピーダンスを調整する。測定値が所定値に満たない場合、情報処理部34は、測定値が最大値または極大値となるように受電部28の入力インピーダンスを調整してもよい。
The
センサ36は、その種類に応じて台車における物理量を検出する。センサ36には、例えば、直交する3軸方向の加速度を検出する3軸加速度センサが用いられる。また、所定時間内における自らの移動距離(変位)を検出する変位センサ、レールまでの距離を測定する距離センサ、温度センサ、マイク等が用いられてもよい。
The
センサ36は、検出値を情報処理部34に出力する。情報処理部34は、センサ36による検出値を含む検出情報を台車側無線部32に送信させる。台車側無線部32には、Bluetooth(登録商標)の規格に従う無線装置が用いられてもよい。また、台車側無線部32は、赤外線通信を行う装置であってもよい。台車側無線部32は、情報処理部34の制御に従って検出情報を無線送信する。
The
車体側ユニット10における車体側無線部20は、台車側無線部32から送信された無線信号を受信する。台車側無線部32には、Bluetooth(登録商標)の規格に従う無線装置、赤外線通信装置等、台車側無線部32と同一の通信方式に従うものが用いられる。車体側無線部20は、受信した信号から検出情報を抽出し、解析装置12に出力する。解析装置12は検出情報を記憶する、ユーザに表示する等の処理を実行する。
The vehicle body
例えば、解析装置12は、搭載先の鉄道車両がレールに沿って走行しているときに、走行位置を示す情報と共に検出情報を記録し、走行区間の各位置におけるレールの状況を解析する。また、センサ36が加速度センサである場合には、解析装置12は、検出情報が示す3軸方向の加速度に応じて台車の振動を解析してもよい。さらに、解析装置12は、走行中の台車の振動加速度の時間波形を解析することで台車の状況を検出してもよいし、振動加速度の時間波形に基づいて、架線や車体の状況を検出してもよい。解析装置12によって記録された検出情報は、解析装置12が有する演算機能や、別に設けられたコンピュータの演算機能によって、ユーザの操作に基づいて解析が行われてもよい。さらに、解析装置12は、無線通信によって接続されたインターネット等の通信網を介して、レールから離れた施設にあるコンピュータとの間で検出情報に関する通信を行ってもよい。
For example, the
本実施形態に係る鉄道試験システムでは、送電部14から送電共振回路19に流れる負荷電流の大きさが所定値以上となるように、送電電圧の周波数を調整してもよい。この場合、送電部14は負荷電流の大きさ(絶対値の時間平均値等)を測定し、負荷電流測定値を解析装置12に出力する。解析装置12は送電部14を制御することで、負荷電流測定値が所定値以上となるように、送電電圧の周波数を調整する。送電共振回路19と受電共振回路23が結合共振し、十分な電力が伝送されているときは、負荷電流の大きさが所定値以上となる。したがって、このような制御によれば、送電電圧の周波数が結合共振周波数に近付き、または一致する。なお、各回路の動作条件等によっては、解析装置12は、負荷電流測定値が最大値または極大値となるように、送電電圧の周波数を調整してもよい。
In the railway test system according to the present embodiment, the frequency of the transmission voltage may be adjusted such that the magnitude of the load current flowing from the
また、受電部28に供給される電源電力の大きさが十分となるように、送電電圧の周波数を調整してもよい。この場合、検出部30における情報処理部34は、受電電力または検出部30に供給される電源電力を測定し、台車側無線部32に電力測定値を無線送信させる。車体側無線部20は、台車側無線部32から送信された無線信号を受信して電力測定値を取得し、解析装置12に出力する。解析装置12は送電部14を制御することで、電力測定値が所定値以上となるように、送電電圧の周波数を調整する。なお、各回路の動作条件等によっては、電力測定値が最大値または極大値となるように、送電電圧の周波数を調整してもよい。
In addition, the frequency of the power transmission voltage may be adjusted so that the amount of power supplied to the
これらの周波数調整処理は、所定の時間間隔で繰り返し実行してもよい。この時間間隔を短くしてリアルタイムで周波数調整処理を実行してもよい。 These frequency adjustment processes may be repeatedly executed at predetermined time intervals. The time interval may be shortened to execute the frequency adjustment process in real time.
送電コイル18および受電コイル24の周囲に鉄粉等の異物が堆積する等によって、送電コイル18と受電コイル24との間の物質定数が変化すると、結合共振周波数が変化する。また、送電コイル18と受電コイル24との位置関係が変化することにより、結合共振周波数が変化することもある。周波数調整処理によれば、結合共振周波数の変化に応じて送電電圧の周波数が調整され、受電部28に供給される電力の大きさが十分となる。
When the material constant between the
本実施形態における送電共振回路19は、送電コイル18および送電コンデンサ16を直列接続したものである。送電コイル18はインダクタとして動作するため、急激な電流の変化を抑制する。したがって、送電部14が送電電圧の出力を開始する時に、送電部14から送電共振回路19に流れる突入電流が低減される。なお、突入電流が問題にならない場合には、送電コンデンサ16は送電コイル18に並列接続されてもよい。
The power
また、上記の実施形態における受電共振回路23は、受電コイル24および受電コンデンサ26を並列接続したものである。受電共振回路23は、受電部28の入力インピーダンスとの整合状態に応じて、受電コイル24と受電コンデンサ26とを直列接続した構成としてもよい。
Further, the power receiving resonance circuit 23 in the above embodiment is obtained by connecting a
次に、鉄道試験システムの鉄道車両への取り付けについて説明する。図2には、台車側ユニットが取り付けられる台車の一般的な構造が模式的に示されている。この図では、x軸正方向が鉄道車両の前方向に対応し、z軸正方向が上方向に対応し、y軸正方向が台車38から前方を見て左方向に対応している。なお、本願明細書で用いる前後、左右、および上下の用語は、構造を説明するための便宜上のものであり、説明の対象となっている物の姿勢を限定するものではない。
Next, attachment of the railway test system to a railway vehicle will be described. FIG. 2 schematically shows a general structure of a carriage to which the carriage side unit is attached. In this figure, the positive x-axis direction corresponds to the forward direction of the railway vehicle, the positive z-axis direction corresponds to the upward direction, and the positive y-axis direction corresponds to the left direction when viewed from the
台車38は、4つの車輪42、2つの駆動装置44、台車枠40、ならびに2つの弾力装置(46Rおよび46L)を備えている。前方の2つの車輪42はフランジ側の円形面が対向するように配置され、円形面同士がシャフト48によって接合されている。各車輪42の外側にはシャフト48が突出している。2つの車輪42の間のシャフト48の周りには駆動装置44が形成されている。後方の2つの車輪42もまた、フランジ側の円形面が対向するように配置され、円形面同士がシャフト48によって接合されている。シャフト48の周りには駆動装置44が形成されている。なお、鉄道車両が付随車である場合には駆動装置44は設けられない。この場合、駆動装置44の領域にはシャフト48が現れる。
The
台車枠40は、H形状を形成する右枠40R、左枠40L、横方向梁40M、および4つの支持機構50を備えている。右枠40Rおよび左枠40Lは前後方向に伸び、所定の間隔を隔てて並んでいる。横方向梁40Mは横方向に伸び、右枠40Rおよび左枠40Lの中間点の間を接合している。左枠40Lの下方には、左側の各車輪42の外側に突出したシャフト48によって支持される支持機構50が設けられている。支持機構50は、弾性力(付勢力)を左枠40Lに与えながら左枠40Lをシャフト48上に支持する。右枠40Rの下方にも同様に、各シャフト48に対応する支持機構が設けられている。
The
横方向梁40Mの上面の中央にはピン受け穴52が形成されている。車体の底面からは、接続部材としての車体ピンが突出し上下方向に伸びており、車体ピンがピン受け穴52に挿入される。
A
横方向梁40Mと左枠40Lとの接合部付近の上面、および、横方向梁40Mと右枠40Rとの接合部付近の上面には、それぞれ、弾力装置46Lおよび46Rが設けられている。弾力装置46Lおよび46Rとしては、例えば、空気バネが用いられる。弾力装置46Lおよび46Rは、車体を台車38上に支持し、車体に対して上下方向の弾性力を与えると共に、xy平面内での車体の捻れに対しても弾性力を与える。
台車枠40は、ピン受け穴52に挿入された車体ピンの周りで、車体を付勢しながら旋回自在となっている。これによって、台車38は、接続部材としての車体ピンの位置の周りで、xy平面内で旋回自在な台車旋回部を構成する。一般に、一対の台車38が鉄道車両の前後で車体を支持する。鉄道車両がカーブを通過する際には、車体の長手方向に対して台車38は左または右に旋回する。図2に示される台車38は、車体に対してxy平面内で旋回自在であり、鉄道車両がカーブを通過することを許容する。
The
台車側ユニットにおける受電コイルは、例えば、台車38の表面のうち、車体を電磁気的に見通せる位置に配置される。ここで、車体を電磁気的に見通せる位置とは、受電コイルと車体との間に電界または磁界を大きく減衰させる部材が介在しない位置をいう。また、受電コイルは、仮に車体側を目視したならば車体を見通せる位置に配置してもよい。例えば、受電コイルは、台車枠40の上面のうち、弾力装置(46L,46R)およびピン受け穴52が設けられている領域を除いた領域に配置される。また、受電コイルは、駆動装置44の上に配置されてもよい。
The power receiving coil in the cart side unit is arranged, for example, at a position on the surface of the
車体側ユニットにおける送電コイルは、例えば、車体の表面のうち、台車38を電磁気的に見通せる位置に配置される。また、送電コイルは、仮に台車38側を目視したとしたならば台車38を見通せる位置に配置してもよい。
The power transmission coil in the vehicle body side unit is disposed, for example, at a position on the surface of the vehicle body where the
受電コイルおよび送電コイルは、台車38の前後方向が車体の前後方向に一致した直進状態において、送電コイルを形成する導線が周回する面と、受電コイルを形成する導線が周回する面とが対向する位置に配置される。
In the power reception coil and the power transmission coil, in a straight traveling state in which the front-rear direction of the
図3には、受電側筐体54に収容された受電コイル24および基板56が示されている。図3には受電側筐体54の断面が示されている。受電側筐体54は、直方体形状に近似した箱形状を有している。受電側筐体54は、例えば、セラミック、プラスチック樹脂等の誘電体で形成されている。受電コイル24は、円形を描いて平坦に周回する導線によって形成されている。受電コイル24の内側には基板56が配置されている。基板56には、受電コンデンサ26および受電部28が実装されている。このように、受電コイル24の内側に基板56を配置することで、受電コイル24の内側の領域が有効に利用される。なお、受電側筐体54の大きさが十分であるときは、基板56は受電コイル24の外側に配置してもよい。
FIG. 3 shows the
本実施形態においては、受電側ユニットを構成する検出部30は、受電側筐体54とは別の筐体に収容されている。基板56に実装された受電部28は、基板56に接続され受電側筐体54から引き出されたケーブル58によって受電側筐体54外の検出部30に接続されている。このような構成の他、検出部30を受電側筐体54内に収容してもよい。この場合、検出部30は基板56上に実装してもよい。
In the present embodiment, the
ここでは、受電側筐体54内に受電コイル24、受電コンデンサ26、および受電部28が収容された例について説明したが、送電側も同様に構成してよい。例えば、図4に示されているように、円形を描いて平坦に周回する導線によって送電コイル18を形成する。そして、送電コイル18を送電側筐体60に収容し、送電コイル18の内側に基板62を配置する。基板62には、車体側ユニットの構成要素のうち、送電部14および送電コンデンサ16を実装する。基板62に実装された送電部14は、基板62に接続され送電側筐体60から引き出されたケーブル64によって送電側筐体60外の解析装置12に接続されている。なお、図4には、車体側無線部20が、送電側筐体60とは別の筐体に収容された例が示されているが、車体側無線部20は、基板62に実装されてもよい。また、送電側筐体60の大きさが十分であるときは、基板62は送電コイル18の外側に配置されてもよい。
Here, an example in which the
なお、図3に示される受電側筐体54を用いる代わりに、受電コイル24および基板56を併せてプラスチック樹脂等の誘電体材料でモールド加工してもよい。また、基板56のみを受電側筐体54内に収容し、基板56に接続され受電側筐体54から引き出された導線に受電コイル24が接続されてもよい。この場合、受電コイル24がモールド加工によって誘電体材料で覆われてもよい。
Instead of using the power receiving
同様に、図4に示される送電側筐体60を用いる代わりに、送電コイル18および基板62を併せてプラスチック樹脂等の誘電体材料でモールド加工してもよい。また、基板62のみを送電側筐体60内に収容し、基板62に接続され送電側筐体60から引き出された導線に送電コイル18が接続されてもよい。この場合、送電コイル18がモールド加工によって誘電体材料で覆われてもよい。
Similarly, instead of using the power
図5には、台車38の平面図が示されている。受電側筐体54および検出部30は、横方向梁40Mの上面における弾力装置46Rとピン受け穴52との間の領域に固定されている。受電コイル24は、導線が周回する面がxy平面と略平行となる姿勢で受電側筐体54内に収容されている。検出部30を受電側筐体54内に収容した場合には、受電側筐体54のみが横方向梁40Mに固定されることとなる。
FIG. 5 shows a plan view of the
図6には、鉄道車両を正面から見た図が模式的に示されている。車体66は、ピン受け穴52に車体ピン68が挿入された状態で、左右の弾力装置46Lおよび46Rによって台車枠40上に支持されている。車体66の底面と台車枠40との間には、弾力装置46Lおよび46Rの厚みに応じた隙間が形成されている。送電側筐体60および受電側筐体54のそれぞれの高さは、この隙間に応じて決定されている。
FIG. 6 schematically shows a view of the railway vehicle as viewed from the front. The
送電側筐体60は、台車38の前後方向が車体66の前後方向に一致した直進状態において、この隙間で受電側筐体54に対向するように、車体66の底面に固定されている。これによって、送電コイル18を形成する導線が周回する面と、受電コイル24を形成する導線が周回する面とが直進状態において対向する。送電側筐体60内の基板は、車体66の車室にある解析装置12にケーブルによって接続されている。
The power transmission-
図1に戻って本実施形態に係る鉄道試験システムによる効果について説明する。本実施形態に係る鉄道試験システムによれば、車体側ユニット10と台車側ユニット22との間の通信は無線信号によって行われる。また、車体側ユニット10から台車側ユニット22には、非接触給電によって電源電力が供給される。これによって、車体側ユニット10と台車側ユニット22との間を接続するケーブルが不要となり、鉄道試験システムの構造が簡単となる。
Returning to FIG. 1, effects of the railway test system according to the present embodiment will be described. According to the railway test system according to the present embodiment, communication between the vehicle
鉄道試験システムでは、送電共振回路19と受電共振回路23による結合共振によって車体側ユニット10から台車側ユニット22に電力が伝送される。結合共振によれば、送電コイル18と受電コイル24との電気的または磁気的な結合度合い(結合係数)が小さい場合であっても、十分な電力が伝送される。
In the railway test system, power is transmitted from the vehicle
一般に、送電コイル18と受電コイル24との間の距離が大きい程、結合係数は小さくなる。本実施形態に係る鉄道試験システムによれば、送電コイル18と受電コイル24との間の距離が大きく結合係数が小さい場合であっても、車体側ユニット10から台車側ユニット22に十分な電力が伝送され、検出部30を動作させるのに十分な電源電力が供給される。
In general, the coupling coefficient decreases as the distance between the
したがって、鉄道車両がカーブを通過し、車体に対して台車が旋回することで送電コイル18と受電コイル24との間の位置ずれが生じた場合や、送電コイル18と受電コイル24との間の距離が大きくなった場合であっても、検出部30に十分な電源電力が供給される。また、走行中の振動によって送電コイル18と受電コイル24との間の距離が変動する場合であっても、検出部30に供給される電源電力の変動が抑制される。また、電磁界を減衰させる金属、水(雪)のような物質が送電コイル18と受電コイル24の近傍、あるいは、これらの間にあったとしても、検出部30に十分な電源電力が供給される。
Therefore, when the railway vehicle passes the curve and the carriage turns with respect to the vehicle body, a positional deviation between the
また、本実施形態に係る鉄道試験システムによれば、伝送損失が低減される。一般に、車体および台車には鉄等の磁性材料が用いられている。そのため、共振周波数がある程度高い場合には、磁気的な損失が大きくなってしまうことがある。本実施形態では、送電部14が送電共振回路19に出力する送電電圧の周波数は、1MHz以下の周波数であり、例えば、50kHz以上100kHz以下の周波数とされている。この程度の周波数では、磁気的な損失が十分に少ないことが確かめられている。
Further, according to the railway test system according to the present embodiment, transmission loss is reduced. Generally, a magnetic material such as iron is used for a vehicle body and a carriage. Therefore, when the resonance frequency is high to some extent, the magnetic loss may increase. In this embodiment, the frequency of the power transmission voltage output from the
上記では、台車枠40に設けられたピン受け穴52、ならびに台車枠40に直接固定された弾力装置46Lおよび46Rによって、車体を支持する台車38に台車側ユニットを取り付ける実施形態について説明した。このような台車は、一般にボルスタレス台車と称される。
In the above description, the embodiment in which the cart side unit is attached to the
これに対し、ボルスタと称される部材を用いた台車(以下、ボルスタ付き台車という。)もある。例えば、特許文献2に示されているボルスタ付き台車では、上下方向に運動可能なように車体を台車上に支持するボルスタが用いられている。ボルスタと車体との間には、弾力装置が設けられており、弾力装置は車体に対して上下方向の弾性力を与える。ボルスタ付き台車は、さらに、車輪およびシャフトによって支持される台車枠を有しており、台車枠は、車体およびボルスタに対して水平面内で旋回自在である。上述の実施形態における台車38は、このようなボルスタが用いられていないボルスタレス台車である。
On the other hand, there is a cart using a member called a bolster (hereinafter referred to as a cart with a bolster). For example, in the cart with a bolster shown in Patent Document 2, a bolster that supports the vehicle body on the cart so as to be movable in the vertical direction is used. An elastic device is provided between the bolster and the vehicle body, and the elastic device applies an elastic force in the vertical direction to the vehicle body. The bogie with a bolster further includes a bogie frame supported by wheels and a shaft, and the bogie frame is turnable in a horizontal plane with respect to the vehicle body and the bolster. The
図7には、ボルスタ付き台車80の分解斜視図が車体66と共に模式的に示されている。台車枠40、車輪42、および駆動装置44は、図2に示されたものと同様の構成を有しているが、台車枠40には弾力装置が配置されていない。
FIG. 7 schematically shows an exploded perspective view of the bolster-equipped
ボルスタ70は、xy平面に板面が揃えられた板状の部材である。ボルスタ70の下面からはボルスタピン78が突出し、z軸方向に伸びている。ボルスタピン78はピン受け穴52に挿入され、ボルスタ70は台車枠40に支持される。台車枠40は、ボルスタ70に対して旋回自在である。
The bolster 70 is a plate-like member having a plate surface aligned with the xy plane. A bolster
ボルスタ70の上面の左右の端には、弾力装置74Lおよび74Rが配置されている。弾力装置74Lおよび74Rは車体66をボルスタ70上に支持する。弾力装置74Lおよび74Rは、車体66に対し上下方向の弾性力を与える。
ボルスタ70の左右と車体66との間には、ボルスタアンカー72が取り付けられる。各ボルスタアンカー72は、ボルスタ70に対する車体66の上下運動を許容しつつ、ボルスタ70と車体66との間で前後方向の力を伝達する。これによって、ボルスタ70は、車体66との間で前後方向に力を作用し合う。
Bolster
台車側ユニットにおける受電コイルは、例えば、車体66およびボルスタ70に対して旋回自在な部分(台車旋回部)の表面のうち、車体66を電磁気的に見通せる位置に配置される。また、受電コイルは、仮に車体66側を目視したならば車体66を見通せる位置に配置してもよい。例えば、受電コイルは、台車側旋回部としての台車枠40の上面のうち、ボルスタ70によって車体66への視線が遮られない領域に配置される。また、受電コイルは、駆動装置44の上に配置されてもよいし、ボルスタ70に配置されてもよい。
The power receiving coil in the trolley side unit is disposed, for example, at a position where the
図7には、受電側筐体54および検出部30が、台車枠40の上面における左前方の車輪42の傍らに配置された例が示されている。検出部30を受電側筐体54内に収容した場合には、受電側筐体54のみが車輪42の傍らに配置されることとなる。送電側筐体60は、車体66の底面と台車枠40との間に形成された隙間で、直進状態において受電側筐体54に対向し、送電コイルと受電コイルとが対向するように、車体66の底面に固定されている。
FIG. 7 shows an example in which the power receiving
このように、台車側ユニットをボルスタ付き台車80に取り付けた場合であっても、台車側ユニットをボルスタレス台車に取り付けた場合と同様の効果が得られる。上記では、台車側ユニットを図2に示されるボルスタレス台車、および図7に示されるボルスタ付き台車に取り付けた例について説明した。台車側ユニットは、台車旋回部を備えるその他の構造の台車に取り付けてもよい。
Thus, even when the trolley-side unit is attached to the bolster-equipped
なお、受電コイルは、受電側筐体に収容された状態で台車に配置されてもよいし、受電側筐体から引き出された導線に接続された状態で、受電側筐体の外側に配置されてもよい。 The power receiving coil may be disposed on the carriage while being housed in the power receiving side housing, or may be disposed outside the power receiving side housing in a state where the power receiving coil is connected to a conductor drawn from the power receiving side housing. May be.
また、図1に示される実施形態では、台車側ユニット22は、受電コイル24、受電コンデンサ26、受電部28、および検出部30を備え、検出部30は、センサ36、台車側無線部32および情報処理部34を備えている。これらの構成要素をどのようにハードウエアとして構成するかは任意である。例えば、これらの構成要素を1つの筐体にまとめて収容してモジュール化した無線センサを構成してもよい。すなわち、受電コイル24、受電コンデンサ26、受電部28、センサ36、台車側無線部32および情報処理部34を1つにまとめて1つの無線センサを構成してもよい。また、受電コイル24、受電コンデンサ26および受電部28を第1の筐体に収容し、センサ36、台車側無線部32および情報処理部34を第2の筐体に収容してもよい。すなわち、受電コイル24、受電コンデンサ26、受電部28、センサ36、台車側無線部32および情報処理部34をどのように分割してモジュール化するかは任意である。また、台車の異なる位置に複数の検出部30を配置し、1つの受電部28から複数の検出部30に電源電力を供給してもよい。この場合、複数の検出部30のそれぞれのセンサ36は、異なる物理量を検出してもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
また、上記では、1つの車体側ユニットに1つの台車側ユニットが設けられた実施形態について説明したが、1つの車体側ユニットに対して複数の台車側ユニット(無線センサ)が設けられてもよい。複数の台車側ユニットは、台車の異なる位置に配置されてもよい。さらに、複数の台車側ユニットのそれぞれのセンサは、異なる物理量を検出してもよい。この場合、1つの送電側共振回路から複数の受電側共振回路に結合共振による非接触給電が行われる。すなわち、1つの送電側ユニットから複数の送電側ユニットに対して電力が伝送される非接触給電システムが構成される。 Further, in the above description, the embodiment in which one vehicle side unit is provided in one vehicle body side unit has been described. However, a plurality of vehicle side units (wireless sensors) may be provided for one vehicle body side unit. . The plurality of carriage side units may be arranged at different positions of the carriage. Further, each sensor of the plurality of carriage side units may detect a different physical quantity. In this case, non-contact power feeding by coupling resonance is performed from one power transmission side resonance circuit to a plurality of power reception side resonance circuits. That is, a non-contact power feeding system in which power is transmitted from one power transmission side unit to a plurality of power transmission side units is configured.
図8には、送電共振回路および受電共振回路の変形例が示されている。図1に示されている構成要素と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。この変形例は、送電結合コイル84と送電共振回路82とを磁気的に結合させ、受電共振回路86と受電結合コイル88とを磁気的に結合させたものである。送電共振回路82は、並列接続された送電コイル18および送電コンデンサ16によって構成され、受電共振回路86は、並列接続された受電コイル24および受電コンデンサ26によって構成されている。
FIG. 8 shows a modification of the power transmission resonance circuit and the power reception resonance circuit. Constituent elements similar to those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In this modification, the power
送電結合コイル84と送電コイル18との磁気的結合によって、送電結合コイル84から送電共振回路82に電力が供給される。それと共に送電共振回路82および受電共振回路86が結合共振し、さらに、受電コイル24と受電結合コイル88との磁気的結合によって、受電共振回路86から受電結合コイル88に電力が供給される。送電部14は送電結合コイル84に接続され、受電結合コイル88は受電部28に接続されており、結合共振によって送電部14から受電部28に電力が伝送される。
Electric power is supplied from the power
このような構成によれば、送電結合コイル84と送電コイル18との巻線比を小さくすることで、送電コイル18および送電コンデンサ16のそれぞれの両端に現れる電圧は、送電結合コイル84の両端の電圧よりも大きくなる。また、受電コイル24と受電結合コイル88との巻線比を大きくすることで、受電結合コイル88の両端に現れる電圧は、受電コイル24および受電コンデンサ26のそれぞれの両端に現れる電圧よりも小さくなる。したがって、送電共振回路82および受電共振回路86のQが大きい場合であっても、送電結合コイル84および受電結合コイル88の両端に現れる電圧が小さく抑えられ、送電部14および受電部28の設計が容易になる。
According to such a configuration, by reducing the winding ratio between the power
送電結合コイル84および送電コイル18は、中心を共通にして導線を周回させることで構成してもよい。この場合、図4に示される送電コイル18は、送電結合コイル84および送電コイル18を併せたものに置き換えられる。同様に、受電コイル24および受電結合コイル88は、中心を共通にして導線を周回させることで構成してもよい。この場合、図3に示される受電コイル24は、受電コイル24および受電結合コイル88を併せたものに置き換えられる。
The power
10 車体側ユニット、12 解析装置、14 送電部、16 送電コンデンサ、18 送電コイル、19,82 送電共振回路、20 車体側無線部、22 台車側ユニット、23,86 受電共振回路、24 受電コイル、26 受電コンデンサ、28 受電部、30 検出部、32 台車側無線部、34 情報処理部、36 センサ、38 台車、40 台車枠、40R 右枠、40L 左枠、40M 横方向梁、42 車輪、44 駆動装置、46R,46L,74R,74L 弾力装置、48 シャフト、50 支持機構、52 ピン受け穴、54 受電側筐体、56,62 基板、58,64 ケーブル、60 送電側筐体、66 車体、68 車体ピン、70 ボルスタ、72 ボルスタアンカー、78 ボルスタピン、80 ボルスタ付き台車、84 送電結合コイル、88 受電結合コイル。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記鉄道車両の車体に搭載された送電装置の共振回路、および、前記受電コイルが形成する共振回路の結合共振によって、前記送電装置から電力の供給を受ける受電部と、
を備えることを特徴とする鉄道車両用受電装置。 A power receiving coil provided in a bogie of a railway vehicle;
A power receiving unit that receives supply of power from the power transmitting device by a resonant resonance of a power transmitting device mounted on a body of the railway vehicle, and a resonant circuit formed by the power receiving coil;
A railway vehicle power receiving apparatus comprising:
前記台車における物理量を検出し、検出情報を前記送電装置に無線送信する検出部を備え、
前記受電部は、前記検出部に電力を供給することを特徴とする鉄道車両用受電装置。 The power receiving device for a railway vehicle according to claim 1,
A detection unit that detects a physical quantity in the carriage and wirelessly transmits detection information to the power transmission device;
The power receiving unit supplies power to the detection unit.
前記台車は、前記車体に対して旋回自在な台車旋回部を備え、
前記受電コイルは、前記台車旋回部に配置されていることを特徴とする鉄道車両用受電装置。 The power receiving device for a railway vehicle according to claim 1 or 2,
The carriage includes a carriage turning section that is turnable with respect to the vehicle body,
The power receiving device for a railway vehicle, wherein the power receiving coil is disposed in the bogie turning portion.
前記台車旋回部は、前記車体の下方にある接続部材を支持し、当該接続部材の位置を基準として旋回自在であることを特徴とする鉄道車両用受電装置。 The power receiving device for a railway vehicle according to claim 3,
The power receiving device for a railway vehicle, wherein the bogie turning portion supports a connecting member below the vehicle body and is turnable based on a position of the connecting member.
前記台車は、前記車体を支持すると共に前記車体の上下方向の運動を許容し、前記車体との間で前後方向に力を作用し合うボルスタを備え、
前記台車旋回部は、前記ボルスタの下方にある接続部材を支持し、当該接続部材の位置を基準として旋回自在であることを特徴とする鉄道車両用受電装置。 The power receiving device for a railway vehicle according to claim 3,
The carriage includes a bolster that supports the vehicle body and allows the vehicle body to move in the vertical direction, and acts between the vehicle body in the front-rear direction,
The power receiving device for a railway vehicle, wherein the bogie turning portion supports a connection member below the bolster and is turnable based on the position of the connection member.
前記受電コイルは、前記車体と前記台車旋回部との間に形成される隙間に配置されていることを特徴とする鉄道車両用受電装置。 The power receiving device for a railway vehicle according to any one of claims 3 to 5,
The power receiving device for a railway vehicle, wherein the power receiving coil is disposed in a gap formed between the vehicle body and the cart turning portion.
A non-contact power feeding for a railway vehicle, comprising: the power receiving device for a rail vehicle according to any one of claims 1 to 6; and the power transmitting device; and one or a plurality of the power receiving devices for the rail vehicle. apparatus.
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