JP5848495B1 - 非接触給電システム、車両、及び非接触給電方法 - Google Patents

非接触給電システム、車両、及び非接触給電方法 Download PDF

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Abstract

非接触給電システム１は、非接触給電により電力の供給を受ける車両２側に設けられ、車両２に乗降する人の頭部が位置する高さよりも高い位置に電力を受電する受電部１１を有する、受電設備１０と、受電部１１と同じ高さで設置され、受電部１１に電力を送電する送電部２１を有する、車両２の移動する領域内に設置される、送電設備２０とを備える。送電部２１の下方には、送電部２１から送出される電力の車両２に乗降する人への照射を防ぐための遮蔽構造２５が設けられる。受電部１１及び送電部２１は、例えば、車両２の乗降口の上端よりも高い屋根２３の上に設けられる。

Description

この発明は、非接触給電システム、車両、及び非接触給電方法に関する。
特許文献１には、鉄道用の非接触給電システムにおいて、車両の側部の隣接ドア間に巻線形状が車両長手方向に長い車上側の受電コイル部を設け、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上記受電コイル部と対向するように停車場のホームドアに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を設け、車両の停止位置に誤差が生じた場合にも、受電コイル部及び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ようにすることが記載されている。
特開２０１３−１７２５５８号公報
特許文献１に記載された非接触給電システムにおいては、給電コイル部をホームドアに設けているため、ホームドアが設置されていないようなホーム、とくに路面電車やトロリーバスの停車場には適用することができない。また上記非接触給電システムでは、給電コイルがホームドアに設けられているため、給電コイルから送出される電磁界の人体への影響が懸念される。また路面電車やトロリーバス等の場合、人や自動車等の通行への影響を考慮する必要があるが、給電コイルの設置場所の確保は必ずしも容易ではない。
本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、車両に対して非接触給電を行うシステムであって、電磁界の人体への影響が少なく実施も容易な、非接触給電システム、車両、及び非接触給電方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一つは、非接触給電システムであって、非接触給電により電力の供給を受ける車両側に設けられ、前記車両に乗降する人の頭部が位置する高さよりも高い位置に前記電力を受電する受電部を有する、受電設備と、前記受電部と同じ高さで設置され、前記受電部に前記電力を送電する送電部を有する、前記車両の移動する領域内に設置される、送電設備とを備えることとする。
このように本発明の非接触給電システムにおいては、非接触給電の受電部及び送電部を、車両に乗降する人の頭部が位置する高さよりも高い位置に設けているので、送電部から送出される電磁界の車両に乗降する人への影響を防ぐことができる。また送電部を高い位置に設けているため、送電部下方のスペースを有効利用することができ、送電部が人や自動車の通行の妨げとなるようなこともなく、設置場所の制約も少ない。また受電部を高い位置に設けているため路面に存在する異物等の影響を受けることもない。また本発明の非接触給電システムを従来の架線による給電方式の代替手段として用いることで、景観や安全性の向上を図ることができる。
本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記送電部の下方に、前記送電部から送出される電力の前記車両に乗降する人への照射を防ぐための遮蔽構造が設けられていることとする。
このように遮蔽構造を設けることで、送電部から送出される電磁界の車両に乗降する人への影響をより確実に防ぐことができる。
本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記受電部及び前記送電部のうちの少なくとも一方の前記車両の進行方向に沿った長さは他方の前記車両の進行方向に沿った長さよりも長いこととする。
このような態様で受電部及び送電部を設けることで、車両が停車場に停車する際に停車位置が多少前後した場合でも、送電部から受電部に効率よく確実に電力を供給することができる。
本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記受電部は前記車両の進行方向に沿って前記車両の全体に設けられ、前記送電部は前記車両の進行方向に沿って前記受電部と同じ長さで設置されることとする。
受電部及び送電部をこのような態様で設けることで、車両が停車場に停車する際に停車位置が多少前後した場合でも、送電部から受電部に効率よく確実に電力を供給することができる。
尚、前記送電設備は、例えば、前記車両の停車場に設けられる。また前記受電部及び前記送電部は、前記車両の乗降口の上端よりも高い位置に設けられる。また前記受電部及び前記送電部は、前記車両の屋根上に設けられる。
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
本発明によれば、電磁界の人体への影響が少なく実施も容易な、車両に対して非接触給電を行うシステムを実現することができる。
（ａ）又は（ｂ）は、駅等の停車場３に停車中の車両２を前方（進行方向側）から眺めた図である。 停車場３に停車中の車両２を側方から眺めた図である。 停車場３に停車中の車両２を上方から眺めた図である。 停車場３に停車中の車両２を側方から眺めた図である。 停車場３に停車中の車両２を上方から眺めた図である。 停車場３に停車中の車両２を側方から眺めた図である。 停車場３に停車中の車両２を上方から眺めた図である。 停車場３に停車中の車両２を側方から眺めた図である。 停車場３に停車中の車両２を上方から眺めた図である。 送電設備２０並びに受電設備１０の構成を示す図である。 送電制御処理Ｓ１１００を説明するフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態について図面とともに説明する。
図１乃至図３に本発明の一実施形態として説明する非接触給電システム１の概略的な構成を示している。非接触給電システム１は、車両２に対して非接触給電（電界共鳴方式、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電波方式等）により電力の供給を受ける受電設備１０と、車両２が移動する領域（運行路線等）の所定位置（例えば、駅、停車場等）に設置され、車両２に対して上記電力を供給する送電設備２０とを含む。
車両２は、例えば、案内軌条式の交通機関（鉄道、路面電車、次世代路面電車（LRV:Light rail vehicle）、モノレール(懸垂式、跨座式）、ＡＧＴ（新交通システム）、鋼索鉄道（ケーブルカー）、浮上式鉄道等）における車両やトロリーバス、ロープウェイ等である。
図１（ａ）又は図１（ｂ）は、駅等の停車場３に停車中の車両２をその前方から眺めた図であり、紙面に向かって手前方向が車両２の進行方向に相当する。図１（ａ）に示すように、受電設備１０は、車両２に乗降する人の頭部が位置する高さよりも高い位置に設けられる、非接触給電により電力を受電するための受電部１１を備える。一方、送電設備２０は、受電部１１と同じ地上高さで設置され、受電部１１に非接触給電により電力を送出する送電部２１を備える。
同図に示すように、この例では、受電部１１及び送電部２１は、車両２の乗降口２２の上端よりも高い車両２の屋根２３の上に設けられている。尚、車両２への受電部１１の取付方法は必ずしも限定されないが、例えば、受電部１１は、図１（ａ）に示すように、車両２の屋根２３の上に直接固定される。また例えば、受電部１１は、図１（ｂ）に示すように、車両２の屋根２３の上に固設された支持体２４を介して設けられる。
このように、本実施形態の非接触給電システム１においては、非接触給電の受電部１１及び送電部２１を、車両２に乗降する人の頭部が位置する高さよりも高い位置に設けているので、送電部２１から送出される電磁界の車両２に乗降する人への影響を防ぐことができる。また送電部２１を地上から高い位置に設けているため、送電部２１の下方のスペースを有効利用することができ、送電部２１が人や車の通行の妨げとなるようなこともない。また受電部１１を地上から高い位置に設けていることで、路面に存在する異物等の影響を受けることもない。また本実施形態の非接触給電システム１を従来の架線による給電方式の代替手段として用いることで、景観や安全性の向上を図ることができる。
尚、送電部２１から送出される電磁界の車両２に乗降する人への影響をより確実に防ぐため、例えば、図１（ａ）又は図１（ｂ）に示すように、送電部２１の下方に金属等の導体板（電磁シールド板）で構成した遮蔽構造２５をさらに設けてもよい。また図示していないが、さらに車両２側の所定位置に遮蔽構造を設けてもよい。
図２は停車場３に停車中の車両２を側方から眺めた図であり、図３は停車場３に停車中の車両２を上方から眺めた図である。図２、図３のいずれも紙面の左方が車両２の進行方向に相当する。同図に示すように、この例では、単数の受電部１１を車両２の後部付近に設けているが、受電部１１は車両２の進行方向に沿って複数設けてもよい。その場合、送電部２１は、停車場３に停車中の車両２の全ての受電部１１に対応する位置に設けてもよいし、一部の受電部１１に対応する位置にのみ設けてもよい。受電部１１及び送電部２１は、停車場３の環境に応じて適切な個数及び適切な配置で設けることができる。
車両２の進行方向に沿った送電部２１の長さを、車両２の進行方向に沿った受電部１１の長さよりも長くしてもよい。その場合、無駄な送電を防ぐため、送電部２１のうち受電部１１が存在する位置からのみ送電が行われるようにしてもよい。図４にそのような構成とした車両２を側方から眺めた図を、また図５にそのような構成とした車両２を上方から眺めた図を示す。
また逆に車両２の進行方向に沿った受電部１１の長さを、車両２の進行方向に沿った送電部２１の長さよりも長くしてもよい。図６にそのような構成とした車両２を側方から眺めた図を、また図７にそのような構成とした車両２を上方から眺めた図を示す。
尚、図４乃至図７に示した態様で受電部１１及び送電部２１を設けた場合には、車両２が停車場３に停車する際に停車位置が多少前後した場合でも、送電部２１から受電部１１に効率よく確実に電力を供給することができる。
また受電部１１を車両２の長手方向（進行方向）に沿って車両２の全体に（車両２の先頭から後部にかけて）設けるとともに、送電部２１を車両２の長手方向に沿って受電部１１と同じ長さで設けてもよい。図８にそのような構成とした車両２を側方から眺めた図を、また図９にそのような構成とした車両２を上方から眺めた図を示す。図８、図９のいずれも紙面の左方が車両２の進行方向に相当する。このような態様で受電部１１及び送電部２１を設けた場合、単位時間当たりの送電量を増やすことができ、また送電部２１から受電部１１へ非接触給電を効率よく行うことができる。また車両２が停車場３に停車する際に停車位置が多少前後した場合でも、送電部２１から受電部１１に効率よく給電することができる。
図１０に送電設備２０並びに受電設備１０の構成を示している。
同図に示すように、送電設備２０は、電源装置２０１、送電制御装置２０２、送電回路２０３、及び送電可否判定装置２０４（全部又は一部）を備える。また受電設備１０は、受電回路１０１、整流回路１０２、蓄電池１０３、及び送電可否判定装置２０４（全部又は一部）を備える。
電源装置２０１は、非接触給電において受電設備１０に送電する電力や送電設備２０における各構成要素の駆動電力を供給する。
送電制御装置２０２は、送電可否判定装置２０４から入力される後述の判定結果信号に応じて、送電部２１からの電力の送出のオンオフ制御もしくは送出する電力量の制御を行う。
送電回路２０３は、制御回路、送電コイル、容量素子等の構成を含む。このうち制御回路は、ドライバ回路（ゲートドライバ、ハーフブリッジドライバ等）を含み、電源装置２０１から供給される電力に基づき、送電コイルに供給する所定周波数の駆動電流を生成する。送電コイルは、例えば、導体線を巻回軸の周りに所定回数巻回したものである。容量素子は、例えば、送電コイルとともに共振回路を構成する。本実施形態では、容量素子と送電コイルとによって前述した送電部２１が構成されるものとする。尚、非接触給電の方式によっては、送電部２１は容量素子を有していないこともある。
受電設備１０の受電回路１０１は、受電コイル及び容量素子を含む。受電コイルは、例えば、導体線を巻回軸の周りに所定回数巻回したものである。容量素子は、例えば、受電コイルとともに共振回路を構成する。非接触給電の伝送効率を高めるため、受電コイルは、その巻回軸の方向が送電コイルの巻回軸の方向と一致するように設けられる。本実施形態では、容量素子と受電コイルとによって前述した受電部１１が構成されるものとする。尚、非接触給電の方式によっては、受電部１１は容量素子を有していないこともある。
整流回路１０２は、受電回路１０１が受電した交流電力を直流電力に変換（整流）して蓄電池１０３に供給する。蓄電池１０３は、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等である。蓄電池１０３に蓄えられた電力は負荷５に供給される。負荷５は、例えば、車両２に設けられた動力用モータ、車両運行制御システム、照明設備（車内、車外）、車内空調設備等である。蓄電池１０３から交流駆動する負荷５への電力供給は、例えば、昇圧チョッパやインバータを介して行われる。
送電可否判定装置２０４は、送電設備２０及び受電設備１０双方又は一方のハードウェア資源を用いて実現される。送電可否判定装置２０４は、送電設備２０から受電設備１０への非接触給電による電力の送電可否を判定し、その結果を示す信号（以下、判定結果信号と称する。）を送電制御装置２０２に入力する。送電可否判定装置２０４は、例えば、受電設備１０が、送電設備２０に対して給電可能な位置関係で存在しているか否かに基づき送電可否を判定する。尚、送電可否判定装置２０４は、例えば、受電設備１０又は送電設備２０の所定位置に設けられたセンサ（光学式センサ（フォトセンサ、ＩＲセンサ）、超音波センサ、測距センサ、電界強度計、機械式センサ等）から得られる情報に基づき、上記位置関係を特定する情報を取得する。
また送電可否判定装置２０４は、車両２が正しい停車位置に停車したことを示す信号や乗降口２２の扉の開閉状態を示す信号に基づき送電可否を判定する。また送電可否判定装置２０４は、例えば、車両２から受電許可を示す信号が入力されているか否かに基づき送電可否を判定する。送電可否判定装置２０４は、送電設備２０と受電設備１０との間で受電許可を示す信号を伝達するための無線通信機能を備えていてもよい。上記無線通信は、非接触給電により送電設備２０から受電設備１０に送電する電力を変復調する事により実現してもよい。また送電可否判定装置２０４が、例えば、送電設備２０と受電設備１０の夫々が記憶している認証情報を照合することにより送電可否を判定するようにしてもよい。また上記無線通信機能等を利用して、受電設備１０が送電設備２０に対して給電可能な位置関係で存在しているか否かを示す情報が、運転パネル等の車両２に設けられた表示器に表示されるようにしてもよい。
図１１は、送電制御装置２０２が、送電可否判定装置２０４から入力される判定結果信号に基づき、送電回路２０３からの電力の送出を制御する処理(以下、送電制御処理Ｓ１１００と称する。）を説明するフローチャートである。以下、同図とともに送電制御処理Ｓ１１００について説明する。
送電制御装置２０２は、判定結果信号が送電不可の状態から送電可の状態になったか否かをリアルタイムにモニタしている（Ｓ１１１１）。送電制御装置２０２は、判定結果信号が送電不可の状態から送電可の状態になったことを検知すると（Ｓ１１１１：ＹＥＳ）、送電回路２０３からの電力の送出を開始する（Ｓ１１１２）。
送電制御装置２０２は、送電回路２０３から電力の送出を開始した後、判定結果信号が送電可の状態から送電不可の状態になったか否かをリアルタイムにモニタする（Ｓ１１１３）。送電制御装置２０２は、判定結果信号が給電不可の状態になったことを検知すると（Ｓ１１１３：ＹＥＳ）、送電回路２０３からの電力の送出を停止する（Ｓ１１１４）。その後、処理はＳ１１１１に戻る。
以上に説明したように、本実施形態の非接触給電システム１によれば、非接触給電の受電部１１及び送電部２１を、車両２に乗降する人の頭部が位置する高さよりも高い位置に設けているので、送電部２１から送出される電磁界の車両２に乗降する人への影響を防ぐことができる。また送電部２１を高い位置に設けているため、送電部２１の下方のスペースを有効利用することができ、送電部２１が人や車の通行の妨げとなるようなこともなく、設置場所の制約も少ない。このように以上に示した構成によれば、人体への影響が少なく設置も容易な、車両に対して非接触給電を行うシステムを実現することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
例えば、以上では、送電設備２０から受電設備１０への非接触給電が、車両２の停車時に行われるものとして説明したが、本発明は、例えば、非接触給電が高速で行われる場合、移動中の車両２に送電設備２０から受電設備１０に非接触給電を行う場合にも適用することができる。
また以上では、受電設備１０が車両２の進行方向に対して左右一方の側に設けられている場合について説明したが、受電設備１０は車両２の左右両側に設けることができ、送電設備２０も車両２の左右双方の側に設けることができる。
１ 非接触給電システム、２ 車両、３ 停車場、１０ 受電設備、１１ 受電部
２０ 送電設備、２１ 送電部、２２ 乗降口、２３ 屋根、２５ 遮蔽構造、１０１ 受電回路、１０２ 整流回路、１０３ 蓄電池、２０１ 電源装置、２０２ 送電制御装置、２０３ 送電回路、２０４ 送電可否判定装置、Ｓ１１００ 送電制御処理

Claims (9)

  1. 非接触給電により電力の供給を受ける車両側に設けられ、前記車両に乗降する人の頭部が位置する高さよりも高い位置に前記電力を受電する受電部を有する、受電設備と、
    前記受電部と同じ高さで設置され、前記受電部に前記電力を送電する送電部を有する、前記車両の移動する領域内に設置される、送電設備と、
    前記送電設備から前記受電設備への送電可否を判定する送電可否判定装置と、
    を備え、
    前記送電部の前記車両の進行方向に沿った長さは、前記受電部の前記車両の進行方向に沿った長さよりも長く、
    前記送電設備は、前記送電部のうち前記受電部が存在する位置からのみ送電が行われるように制御する送電制御装置を備える
    非接触給電システム。
  2. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
    前記送電部の下方に、前記送電部から送出される電力の前記車両に乗降する人への照射を防ぐための遮蔽構造が設けられている
    非接触給電システム。
  3. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
    前記送電設備は、前記車両の停車場に設けられている
    非接触給電システム。
  4. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
    前記受電部及び前記送電部は、前記車両の乗降口の上端よりも高い位置に設けられている
    非接触給電システム。
  5. 請求項１に記載の非接触給電システムであって、
    前記受電部及び前記送電部は、前記車両の屋根上に設けられている
    非接触給電システム。
  6. 請求項１に記載の非接触給電システムにおける前記車両であって、
    当該車両に乗降する人の頭部が位置する高さよりも高い位置に、前記送電部から送出される電力を受電する前記受電部を有する前記受電設備を備えた車両。
  7. 請求項６に記載の車両であって、
    当該車両の乗降口の上端よりも高い位置に前記受電部を備える車両。
  8. 請求項６に記載の車両であって、
    当該車両の屋根上に前記受電部を備える車両。
  9. 乗降する人の頭部が位置する高さよりも高い位置に、非接触給電により電力を受電する受電部を有する受電設備を車両に設け、
    前記受電部と同じ高さで前記受電部に前記電力を送出する送電部を有する送電設備を前記車両の移動する領域内に設け、
    前記送電設備は、前記送電部から前記受電部に対して前記電力を送電し、
    前記送電設備から前記受電設備への送電可否を判定する送電可否判定装置を設け、
    前記送電部の前記車両の進行方向に沿った長さを、前記受電部の前記車両の進行方向に沿った長さよりも長くし、
    前記送電設備は、前記送電部のうち前記受電部が存在する位置からのみ送電を行う
    非接触給電方法。
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