JP4006484B2 - 地面給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、地中に埋設した電極を絶縁体で造られた扉を開いて地面（路面）より頭出しし、その電極を被った電気車輌等電気装置に電力を供給する装置に関する。使用以外は絶縁体扉で閉じられ凹凸が無く、またゴミなどの流入が少なく、定期的水洗いや空気掃除機による保守もでき、感電などない構造機構および制御のため、市街地または観光地用 路面電車・電気バス・カート等の給電に利用できる。従来の電車システムも電柱・架線、場合によってはレールがなく、搭載蓄電器量が少なくて、スマートで軽量かつ安価な交通システムが実現できる。そのほか、巡回車、災害用装置、電動掘削機、電動クレーン、特殊照明装置、等への給電も可能となる。

従来、屋外において電車の架線や地上の電気ソケットから給電する以外の給電法として、地中にエアーまたは電気によるシリンダーを埋設し、路面より頭だしする２個の接触体を上下駆動して給電するものがあった。しかしこの方法では、雨水や泥に浸った場合シリンダなどが電気部品等が故障するおそれがあった。さらに、頭だしする路面の穴をふさぐ機構のないものが多かった。また、非給電時、接触体は地中に充分沈む構造のものではなく感電防止が充分でなかった。しかしながら、誘導コイルなど地中に埋め込んで給電する非接触法は目に見えない電磁波感電の恐れがあるのに対し，本方式は素朴ではあるが地表面部分が平らだと感電しない機構なので、歩行者等第３者でも安全感が持てる。

まず従来の地面給電装置での課題としては、感電防止策をさらに講じる、埋設される機構の雨水に浸かることによる電気的誤動作やゴミの絡みつきによる機械的誤動作をなくする、単純にして保守を容易にする、小石など異物の衝突による接触体や絶縁体扉が破損しないようにすることが挙げられる。

感電対策として使用中以外は絶縁体からなる扉で接触体の出入りする穴を被い、さらに開きにくい機構にする。このことはゴミ流入・いたずら対策にもなる。雨水に浸かって誤動作の対策の一つとして防水化した電気部品は埋設する方法以外に、離れた所例えば路肩に給電箱を設けその中に格納する。具体的には電気回路２００（給電回路、制御回路、）シリンダまたはモータを格納する。さらに給電中は絶縁体扉１１２でスロープを形成して異物の衝突による接触体の破損を防ぐほか、さらに、衝突力が強い時は絶縁体扉・接触体ともども地中に沈む構造とする。電気回路の機能は車輌等が近接した時のみ絶縁体扉を開いて接触体が頭だしすることおよび接触体が相手と完全に接触した時のみ給電するよう働く。

本発明により、感電防止・ゴミ流入阻止効果がおおきい地面給電が可能と推察される。地面への凹凸障害にならず、雨水に対しても耐久性があり、感電のおそれのないものになるため、路面への設置も可能となり、電柱や架線がなくても電気車輌等に自動給電が可能になる。とくに従来の架線では電車に用途がほぼ限られていたが、本方式によると路面電車のみならずＥＶ車（電気バス、電気自動車、車椅子等）共通的に本装置を使用することも可能である。

図１はまず、電気部品を防水から地上側に隔離した例による機構部の断面概略図である。同図で１００は給電箱、１０１はシリンダまたは巻き上げモータ、１０２はワイヤーまたはベルト、１０３は上下駆動バネ、１０４は押し上げローラ、１０５は押し下げローラ、１０６は接触体、１０７はベースレバー、１０８はバネ、２００は電気回路（給電回路、制御回路、など）、２０１は充電回路、２０２は蓄電器（または蓄電池）、２０３は入力受電線、２０４は給電線、３００は電気車輌の断面、３０１は受電体、３０２は車輪である。

図１に添って動作を説明すると、まずシリンダ１０１がワイヤ１０２を矢印のように引っ張ると、ベースレバー１０７は左に移動し、上下駆動バネ１０３により接触体１０６が上昇し、頭だしする。次に電気車輌３００が近づき受電体３０１が２組とも前記接触体１０６の２組に正常に接触すると，給電箱１００内の電気回路２００は入力受電線２０３で受電した電力をメインスイッチ２１６をオンにし給電線２０４、接触体１０６を通して受電体３０１に給電する。電気車輌３００がこの場所から遠ざかると、受電体３０１は接触体１０６から離れ、シリンダ１０１がワイヤ１０２を緩めるとベースレバー１０７はバネ１０８の力により右に移動し、上下動バネ１０３は押し下げローラ１０５を下に押し、接触体１０６は路面より地中に沈み，電気回路２００はメインスイッチ２１６をオフにし給電を中止する。

以上の方法だと、給電箱１００と接触体１０６がかなりの距離はなれていてもまたは直線で結べない配置位置にあっても、ワイヤとプーリを用いると容易に接触体１０６の上下動は可能であり、また泥水や自然災害による変位に対しても動作不良になりにくい。
図２は本発明による給電装置機構部断面の他の例である。同図で１０９は引き上げ用プーリ、１１０は引き下げ用プーリで、ともに外枠に固定されている。１１１は接触体１０６と一体となった板に上下動用ワイヤ１０２を固定する端子である。その他の符号は図１と同じである。図２に添って動作を説明すると、シリンダ１０１がワイヤを引き上げると、端子１１１は上に引き上げられ、同図のように接触体１０６は地面より頭だしし、また同図のようにその位置に電気車輌３００が被い、受電体３０１が２組とも正常に接触体１０６に接した時、電気回路２００は電力を電気車輌３００に給電し、さらに蓄電器２０２が存在する場合は充電回路２０１を通して蓄電器２０２を充電する。（加速時には、充電のみならず加速そのものに給電電力を利用するようにしても良い）

図３は、図２が電気車輌３００の左右に対する断面であるのに対し、前後に対する断面概要図である。ここで接触体１０６が地面より出入りする場所にはスリット穴が開いていて、このままでもよいが、図３のように片開き又は両開きの絶縁体１１２でできた扉で塞いでも良い。同図のように接触体１０６が上昇し、頭だしすると絶縁体１１２は支点１１３を中心に開扉する。その結果接触体１０６から受電体３０１に給電可能になり、また扉が斜めになるため万が一異物が当っても斜面に乗り上げるため、接触体１０６の破損等が少くなる。通常では、車輌通過後にシリンダ１０１はワイヤ１０２を緩めるので、バネ１０８の張力により接触体１０６は地中に埋没し感電防止を完全なものにする。絶縁体１１２は扉を閉じた形になるので、路面上の障害物とならずまたゴミなどの流入がしにくくなる。

ところで、上記説明では接触体１０６が上下し、頭だしするものであったが、接触体１０６の代わりに非接触体、例えば誘導コイルを地中でのみ上下する構造でもよい。また、ワイヤは接触体１０６そのものを上下するのではなく、Ｌ字型のスナップを設け、ワイヤ１０２の張力により０度にしたり９０度にしたりして、接触体１０６を上下させても良い。次に図４は機構断面概要の他の例で、本発明の主たる絶縁体扉の本格的なものを記載している。まず３０６は従来から普及している排水溝蓋に類似のもので、排水穴３０５を伴った物である。上部に絶縁体扉１１２および１１４が付いたケース１２０は上部は排水穴３０５に嵌まり、下部はバネ１１９に押され、ストッパ１１７により排水溝蓋３０６の裏側に圧接されている。

絶縁体扉１１２は支点１１３を中心に横方向に延びているが、一部は下方向に延び絶縁体扉の下部１１４を形成している。さらに同図では接触体１０６の下部が前記絶縁体扉の下部１１４を左右に押すため支点１１３を中心にシーソーのように前記絶縁体扉１１２は閉じて密着し、容易に開けることはできない。つまり車輪などでこすっても、いたずらしても開かず、ゴミの流入もない。逆に前記接触体が上昇すると絶縁体扉１１２は開き、前記接触体１０６は頭だしする。このとき絶縁体扉の下部１１４は交差して図４の接触体の窓１１６を突き抜ける。以上の機構が本発明の一つである。さて、前記接触体１０６が頭だししている状態の時、小石など異物が当ったとき絶縁体扉１１２はスロープを形成しているため接触体１０６は破損を免れるが、小石などの衝突力が強まったときはバネ１１９によりケース１２０全体が沈み込み、各部の破損を免れる。これが第２の発明である。

１１５はガイドレールまたはベアリングで、接触体１０６を円滑に上下動させる目的のものである。接触体１０６の上昇にはワイヤとプーリ１０９の回転でおこない、下降にはワイヤとプーリ１１０の回転によりおこなう。がこれらの代わりに防水モータを設置し直接、接触体１０６を上下動させてもよい。また接触体１０６の代わりに誘導コイルを取りつけ、本方式とは異なる非接触型給電機構にしてもよい。次に電気的構成・動作について記述する。図５は電気回路２００の概要図である。同図に従って動作を説明すると、まず車輌側に搭載の信号発信機３０４からの給電要求信号が送られると（電波，音波、光波いずれでも可の例えば４０Ｋｈｚの周波数）空中信号波３０３として給電装置側に到達する。

この信号は整流されたあと比較器２０７によりその強度がある固有値と比較され、大きいとシリンダ又はモータ１０１を前記接触体１０６が地表に頭だしするほど上昇させる。逆に固有値より小さいと前記接触体１０６を降下させる（近接検出処理と称する）。次に給電装置側の発信器２０６の信号（例えば５０Ｋｈｚ）は、もし接触体１０６と受電体３０１が完全に接触しているときは、Ｃ１，Ｌ１およびＣ２，Ｌ２の共振周波数は５０Ｋｈｚなので、これらを通過するときに電圧降下を起こさない。したがって比較器２０８の出力は正になり半導体スイッチＧＴＯをオンにして給電をおこなう。逆に接触体１０６と受電体３０１が不完全に接触していると比較器２０８の出力は負になりＧＴＯをオフにして給電をやめる。スパークは不完全接触でも給電することにより起こるので、以上の処理でスパークは少なくなる。また給電時は従って接触体が車輌に被われた場合になり、感電防止にもなる。これらの信号処理はマイクロコンピュータでおこなっても良い。

以上述べたように、本発明によれば感電の恐れもなく、雨水・ゴミなどに強く、路上に設置しても障害にならない地面給電装置が実現可能と推定される。

：機構断面概略図例（板バネ式） ：機構断面概略図（ワイヤ式） ：機構側面断面概略図（絶縁扉付） ：機構断面概略図他の例 ：電気回路概略例

符号の説明

１００：給電箱
１０１：シリンダー
またはモータ
１０２：ワイヤーまたはベルト
１０３：上下駆動バネ
１０４：押し上げローラ
１０５：押し下げローラ
１０６：接触体
１０７：ベースレバー
１０８，１１９：バネ
１０９，１１０：プーリ
１１１：端子
１１２：絶縁体扉
１１３：支点
１１４：絶縁体扉の下部
１１５：ガイドレールまたはベアリング
１１６：接触体の窓
１１７：ストッパ
１１８：電力線
１２０：ケース
２００：電気回路
２０１：充電回路
２０２：蓄電器（または蓄電池）
２０３：入力受電線
２０４：給電線
２０５：ＤＣ電源
２０６：インダクタンス１
２０７：比較器（近接）
２０８：比較器（接触）
２０９：スイッチ
２１０：スイッチ
２１１：インダクタンス２
２１２：制御回路１
２１３：制御回路２
２１４：コンデンサ（又は蓄電器）
２１５：コンデンサ（又は蓄電器）
２１６：メインスイッチ（ＧＴＯ）
３００：車輌
３０１：受電体
３０２：車輪
３０３：空中信号波
３０４：信号波発信機
３０５：排水穴（鉄枠）
３０６：排水溝蓋
Ｃ１，Ｃ２：コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２：インダクタンス
Ｌ３，Ｌ４：インダクタンス
ＧＴＯ：半導体スイッチ

Claims (3)

1. 地中に埋設され地表に頭だし可能な２組の接触体１０６と、前記接触体１０６を被い支点１１３を中心に開閉する扉である絶縁体扉１１２と、地上の給電箱１００内に設けたシリンダまたはモータにより前記接触体を上下動駆動するワイヤまたはベルトと、電気回路２００とからなり、前記電気回路２００は車輌等の電気装置が近づいたことを検出後、前記接触体を上昇させて前記絶縁体扉を開いて頭だしし、前記車輌等の電気装置に電力を給電することを特徴とした地面給電装置。
2. 前記絶縁体扉の一部を下方に延長した部分１１４を設け、前記接触体１０６が降下したとき前記部分１１４を左右に押すことにより前記絶縁体扉１１２を閉じ、かつ、外力では開かないようにすることを特徴とする請求項１に記載の地面給電装置。
3. 上部に前記絶縁体扉を有すると共に、内部に前記接触体を収納するケース１２０と、前記ケースの下部にバネ１１９を設け、前記接触体が頭だしして前記絶縁体扉部分に小石などの衝突が起こったとき、前記バネ１１９によりケース１２０ごと地中に沈み込んで破損を免れることを特徴とする請求項１に記載の地面給電装置。

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