JP6327412B2 - 交通システム、及び給電方法 - Google Patents

Description

本発明は、地上設備から車両への給電を行う交通システム、及び車両への給電方法に関するものである。

車両に搭載した蓄電装置の電力によって走行する電気車両が知られている。このような電気車両としては、架線の無い軌道上を走行する架線レスの交通システムで使用される車両や、電気バス等が知られている。

上記電気車両では、駅などの短い停車時間中に充電装置による急速充電を行っている。このような充電装置の一例が特許文献１に開示されている。この充電装置は、車両の屋根に接触子が設けられる一方、該接触子の上方の地上構造物に給電シューが取り付けられた構成をなしている。そして、接触子が給電シューによって幅方向から挟み込まれるようにしてこれら接触子と給電シューとが通電することで、地上設備から車両への給電が可能となっている。

特開２００８−２１１９３９号公報

しかしながら、一般に車両では、左右のタイヤにおける空気圧のアンバランス、車両の左右の重量アンバランス、路面の傾斜などの影響を受けることで、車両が水平方向に対して傾斜する場合がある。このような状態で、特許文献１の充電装置を用いると、接触子と給電シューとの位置関係にズレが生じ、接触子と給電シューとの間で良好な接触状態を得られないことがある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、車両の姿勢によらずに給電が可能な交通システム、及び、給電方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る交通システムは、外面に受電部を有する車両と、前記受電部に接触することで該受電部に給電する給電部を有する地上設備と、を備え、前記受電部と前記給電部とのいずれか一方が、該一方を他方に向かって付勢力を与えるリンク部材を有し、前記他方が、前記車両の前記外面に沿って延在する平板面と、該平板面における前記車両の進退方向に接続されて、前記車両の進退時に前記一方を前記付勢力に抗して前記平板面に案内して該平板面と接触させる案内面と、を有し、前記地上設備に設けられて、前記受電部と前記給電部との接触状態を検知する接触検知部をさらに備え、前記リンク部材は、前記一方から前記他方に向かって延び、前記他方との間で三次元的に相対回動可能に設けられた第一連結部材と、該第一連結部材の端部に該第一連結部材に対して三次元的に相対回動可能に設けられた回動部材と、該回動部材に取り付けられて、前記一方から前記他方に延びる第二連結部材と、該第二連結部材に設けられて前記他方に接触する給電シューと、前記回動部材と前記一方との間に設けられて前記給電シューを前記他方の前記平板面に付勢する付勢部とを有していることを特徴とする。

このような交通システムによれば、車両の進退に応じて案内面により受電部及び給電部のうちの一方が案内されるため、車両の姿勢に関わらず案内面が付勢力に抗して上記一方を平板面へと円滑に導くことができる。そして、受電部及び給電部のうちの一方が付勢部によって他方に付勢されるため、仮に車両が傾いた状態であっても、上記一方が他方に押し付けられて良好な接触状態を得ることができる。
また、接触検知部によって、受電部と給電部とが接触しているか否を確認することができる。従って、接触検知部での検知結果に応じて、車両、受電部、給電部の位置調整を行うことで、接触状態の調整を行い、より良好な接触状態を維持することができる。

また、前記案内面は、前記平板面との接続部分から前記進退方向に離間するに従って、前記一方から離間する方向に延在するテーパ面となっていてもよい。

このようなテーパ面によって、受電部と給電部のうちの一方を円滑に平板面へと導くことにより、上記一方と他方とを良好に接触させることができる。

さらに、前記受電部は、前記車両の床下部又は側面部に設けられていてもよい。

このような位置に受電部を設けることで、保守、点検の作業が容易となり、また直射日光の照射による受電部の熱変形や劣化の防止が可能となる。

また、前記給電部は、複数設けられていてもよい。

このように複数の給電部によって高電流での給電が可能となる。そしてこの際、給電部一つ当たりの負荷を低減できるため、各々の給電部の構造を簡素化できる。さらに、いずれかの給電部に不具合が発生したとしても、他の給電部によって給電が可能となる。即ち、フェールセーフ機能を有することになり安定的な給電が可能となる。

さらに、前記受電部は、複数設けられていてもよい。

このような複数の受電部によって、高電流での受電が可能となり、各々の受電部の構造を簡素化できる。また、フェールセーフ機能を有することになり、安定的な受電が可能となる。

さらに、本発明に係る給電方法は、上記の交通システムにおける前記給電部によって、前記受電部に給電する給電方法であって、前記一方を、前記付勢力に抗して前記案内面によって前記平板面に案内して接触させる案内工程と、案内工程の後に給電を開始する給電工程と、予め設定した電力を給電完了した際に、給電を終了する給電完了工程と、を備えることを特徴とする。

このような給電方法によれば、案内工程で案内面が付勢力に抗して上記一方を平板面へと円滑に導くことができる。これによって、仮に車両が傾いた状態であっても受電部と給電部とのうちの一方が他方に押し付けられて、受電部と給電部との間で良好な接触状態を得ることができる。

また、本発明に係る給電方法は、前記案内工程と前記給電工程との間に、前記地上設備に設けられて前記受電部と前記給電部との接触状態を検知する接触検知部からの信号に応じて、前記受電部と前記給電部との接触状態の確認を行う接触確認工程と、前記接触確認工程の結果に基づいて前記車両、前記受電部、及び前記給電部のうちの少なくとも一つの位置調整を行って接触状態を調整する接触調整工程と、をさらに備えていてもよい。

このような接触確認工程及び接触調整工程によって、受電部と給電部との接触状態の調整を行い、より良好な接触状態での給電が可能となる。

本発明の交通システム、及び、給電方法によれば、案内面及び付勢部によって受電部と給電部との間での良好な接触状態を得ることができ、車両の姿勢によらずに給電が可能となる。

本発明の第一実施形態に係る交通システムの全体側面図である。 本発明の第一実施形態に係る交通システムに関し、受電部及び給電部を拡大して示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る交通システムに関し、給電方法の手順を説明するフロー図である。 本発明の第一実施形態に係る交通システムに関し、案内工程での給電部と受電部とが接触する様子を、時系列で（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す側面図である。 本発明の第一実施形態の第一変形例に係る交通システムの全体側面図である。 本発明の第一実施形態の第二変形例に係る交通システムの全体側面図である。 本発明の第一実施形態の第三変形例に係る交通システムの全体上面図である。 本発明の第二実施形態に係る交通システムに関し、受電部及び給電部を拡大して示す斜視図である。 本発明の第三実施形態に係る交通システムに関し、受電部及び給電部を拡大して示す斜視図である。

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態に係る交通システム１について説明する。
交通システム１は、本実施形態では軌道３上を走行する架線レスの新交通システム（ＡＰＭ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｐｅｏｐｌｅ Ｍｏｖｅｒ））となっている。
図１に示すように、この交通システム１は、車両２と、車両２に設けられた受電部１３と、受電部１３に給電を行う給電部２２を有する地上設備５とを備えている。

車両２は、軌道３上に設けられたレール３ａの上を転動する車輪１１を有する台車１０と、台車１０によって下方から支持された車体１２とを有している。
また、車体１２には蓄電池９が搭載されており、この蓄電池９からの電力によって不図示の電動機が駆動され、電動機によって車輪１１が回転されることで、レール３ａ上を車両２が走行するようになっている。

図１及び図２に示すように、受電部１３は、車体１２の屋上１２ａの外面に設けられている。そして、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属を材料とした板状部１４と、板状部１４と車体１２の外面との間に設けられた支持部１５とを有している。

板状部１４は、車体１２の屋上１２ａ外面に沿って車両２の進退方向となる車体１２の前後方向、及び車体１２の幅方向に延在する平板面１６と、平板面１６の前後方向に接続されて、平板面１６から前後方向に離間するに従って、車体１２の外面に近接するように延びる前後一対のテーパ面１７（案内面）とを有している。本実施形態では、このテーパ面１７は平板状をなしている。

さらに、この板状部１４は、車体１２の幅方向の一方に向かって突出するように平板面１６に接続された端子面１８を有している。そして、この端子面１８と蓄電池９とが配線２０によって電気的に接続されている。なお、端子面１８は、蓄電池９と板状部１４との電気的な接続を行うものであるため、上述の形状には限定されない。また、端子面１８を設けず、直接板状部１４と蓄電池９とを配線２０によって電気的に接続してもよい。

支持部１５は、車体１２の屋上１２ａに設けられた不図示の絶縁用碍子を介して、屋上１２ａ外面に板状部１４の平板面１６を固定している。

地上設備５は、例えば駅などに設けられて、給電部２２と、この給電部２２を支持する構造物２３と、車両２が駅に停車中に変電所からの電力を給電部２２へ供給する充電器（不図示）、及び充電時間や充電量の制御を行う制御装置（不図示）とを有している。

給電部２２は、車両２が駅で所定の位置に停車している際に、受電部１３の上方で構造物２３から受電部１３に向かって延びるリンク部材２４を有している。
また、受電部１３における平板面１６と接触可能となるように、リンク部材２４に取り付けられ、平板面１６との接触によって地上設備５からの電力を受電部１３へ供給する給電シュー２５とを有している。

リンク部材２４は、構造物２３から下方に向かうに従って前後方向の一方（本実施形態では後方）に延び、構造物２３との間で三次元的に相対回動可能に設けられた第一連結部材３０と、第一連結部材３０の下方の端部に第一連結部材３０に対して三次元的に相対回動可能に取り付けられた回動部材３１とを有している。

また、リンク部材２４は、回動部材３１に取り付けられて、下方に向かうに従って前後方向の他方（本実施形態では前方）に延びる第二連結部材３２と、回動部材３１と構造物２３との間に設けられたバネ３３（付勢部）とを有している。そしてこのバネ３３は、受電部１３に給電シュー２５を押し付けるように、受電部１３に向かって給電シュー２５に付勢力を与えるものであればよく、コイルバネや板バネ等、様々なもの用いることができる。

給電シュー２５は、焼結金属やカーボン等を材料としており、第二連結部材３２の下端に取り付けられて板状をなし、リンク部材２４を通じて地上設備５における上記充電器に電気的に接続されている。また、この給電シュー２５の表面積は、受電部１３の平板面１６の表面積に比べて小さくなっている。

ここで、交通システム１は、受電部１３と給電部２２とが接触している際の接触状態を検知する接触検知部３５をさらに備えている。

この接触検知部３５には、例えば、給電シュー２５と平板面１６との距離を検知可能な公知の距離センサや、給電シュー２５と平板面１６との接触時に負荷インピーダンスの変化を検知する装置等を用いることができ、例えば上述した地上設備５における制御装置（不図示）に設けられている。

次に、図３を参照して、車両２への給電方法の手順を説明する。
給電方法は、駅において給電が行われる所定の給電位置に車両２を停車させる際に、テーパ面１７によって給電シュー２５を案内する案内工程Ｓ１と、停車位置の調整を行う車両位置調整工程Ｓ２とを備えている。
また、この給電方法は、車両２の停車位置が所定の給電位置となった場合に、受電部１３と給電部２２との間の接触状態を確認する接触確認工程Ｓ３と、接触状態を調整する接触調整工程Ｓ４とを備えている。
さらに、この給電方法は、接触調整工程Ｓ４の後に、給電部２２からの給電を開始する給電工程Ｓ５と、蓄電池９への所定量の電力の給電が完了した際に給電を終了する給電完了工程Ｓ６と、その後、車両２を発進させる車両発進工程Ｓ７とを備えている。

まず、案内工程Ｓ１が実行される。
案内工程Ｓ１では、図４（ａ）に示すように、給電部２２の給電シュー２５は、車両２の進行にともなって受電部１３のテーパ面１７に接触し、バネ３３の付勢力に抗して給電シュー２５が上方に持ち上げられる。そしてこのまま車両２の進行にともなって、給電シュー２５がさらに上方に持ち上げられながら給電シュー２５がテーパ面１７上を案内される。この際、本実施形態の給電部２２では、バネ３３は伸長するように変形する。

さらに、図４（ｂ）に示すように、テーパ面１７と平板面１６との接続部分を給電シュー２５が超えると、バネ３３の伸長が停止して一定の長さを保ったまま、給電シュー２５が平板上にバネ３３の付勢力によって付勢された状態で、車両２の進行に応じて平板面１６上を移動する。

そして、図４（ｃ）に示すように、車両２が停止すると、平板上の前後方向の略中央位置に給電シュー２５が停止することになる。この位置が上述した所定の給電位置となる。

このように車両２が停止した時点で、車両２の停止位置の確認を行う（Ｓ１１）。そして、停止位置が上述の所定の給電位置となっていると判断された場合には、接触確認工程Ｓ３を実行する。一方で、停止位置が所定の給電位置となっていないと判断された場合には、車両位置調整工程Ｓ２を実行し、所定の給電位置に車両２が停止した後に接触確認工程Ｓ３を実行する。ここで、車両２の停止位置の確認は目視によって行ってもよいし、別途、車両２の位置を検出する位置センサ等によって行ってもよい。

車両位置調整工程Ｓ２では、車両２を前後方向に進退させて、所定の給電位置に車両２が位置するように停止位置を調整する。

接触確認工程Ｓ３では、接触検知部３５からの検知信号に応じて、受電部１３の平板面１６と給電部２２の給電シュー２５とが確実に接触しているか否かを確認し（Ｓ１２）、確実に接触していると判断された場合には、給電工程Ｓ５を実行する。一方で、確実に接触していないと判断された場合には接触調整工程Ｓ４を実行し、確実に接触している状態となった後に給電工程Ｓ５を実行する。

接触調整工程Ｓ４では、車両２、受電部１３、給電部２２のうちの少なくとも一つの位置調整を行う。車両２の位置調整は車両２を前後方向に進退させることで行う。また、受電部１３及び給電部２２の位置調整はこれらを手動で調整してもよいし、電動機や制御装置を別途設けて、これら受電部１３及び給電部２２の位置調整を遠隔操作によって行ってもよい。この場合、給電部２２では回動部材３１を三次元的に動作させ、受電部１３では、例えば支持部１５を三次元的に動作させるなどの手法によって位置調整が可能となる。

給電工程Ｓ５では、予め設定した電力を蓄電池９に給電する。そして、蓄電池９における電圧が所定値以上の値になったか否かを確認し（Ｓ１３）、所定値以上となったと判断された場合には、給電完了工程Ｓ６を実行する。一方で、電圧が所定値に満たない場合には給電を継続し、所定値以上となった後に給電完了工程Ｓ６を実行する。

給電完了工程Ｓ６では、受電部１３の平板面１６に給電シュー２５が接触した状態で、地上設備５からの給電が停止されることで給電が終了し、車両発進工程Ｓ７へ進む。

車両発進工程Ｓ７では、給電完了工程Ｓ６の後、車両２を発進させる。

このような交通システム１においては、車両２の前進に応じて給電部２２の給電シュー２５が、テーパ面１７に押されながら平板面１６へと案内される。従って、上述したように仮に車体１２の幅方向の一方側が低くなり、他方側が高くなるように車両２が傾いていたとしても、テーパ面１７がバネ３３の付勢力に抗して給電シュー２５を平板面１６へと円滑に確実に案内することができる。

さらに、給電シュー２５がバネ３３によって受電部１３に付勢されるため、このように車体１２が傾いた状態であっても、給電シュー２５が受電部１３の平板面１６に押し付けられて、良好な接触状態を確保することができる。

また、接触検知部３５によって、確実に受電部１３と給電部２２とが接触しているか否を確認することができる。従って、接触検知部３５での検知結果に応じて車両２、受電部１３、給電部２２の位置調整を行って、受電部１３と給電部２２との接触状態の調整を行うことが可能となり、より良好な接触状態での給電が可能となる。

以上のように、本実施形態の交通システム１によると、受電部１３のテーパ面１７及びバネ３３によって、車両２の姿勢によらず給電が可能となる。

ここで、給電部２２と受電部１３との構成が逆になっていてもよい。即ち、図５に示すように、給電部２２側が板状部１４と支持部１５とを有する構成となっており、受電部１３側がリンク部材２４とシューとを有する構成となっていてもよい。

また、図６に示すように、受電部１３は車体１２の床下部の外面に設けられていてもよく、この場合、受電部１３の下方で、受電部１３の平板面１６に対向するように給電部２２が軌道３に設けられており、受電部１３のテーパ面１７は、給電部２２から離間するように、平板面１６との接続部分から前後方向に離間するに従って、上方に向かって傾斜して延びている。

さらに、図７に示すように、受電部１３は車体１２の側面部の外面に設けられていてもよい。この場合、受電部１３のテーパ面１７は、給電部２２に対して離間するように平板面１６との接続部分から前後方向に離間するに従って、車体１２の幅方向の内側に向かって傾斜して延びている。

そして、受電部１３の設置位置は上述の場合に限定されず、例えば第三軌条方式の交通システムのように、レール３ａに給電部２２を平設し、この給電部２２に対向するように受電部１３を設けて車両２への給電を行うようにしてもよい。

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る交通システム１Ａについて説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、給電部２２が第一実施形態とは異なっている。
図８に示すように、給電部２２は、車体１２幅方向に複数（本実施形態では二つ）が並設されている。
各々の給電部２２における給電シュー２５は、車両２が給電位置に位置した際には、受電部１３の平板面１６上から前後方向、車体１２の幅方向に逸脱しないように、平板面１６内に位置するようになっている。

本実施形態の交通システム１Ａによると、複数の給電部２２によって高電流での給電が可能となる。そしてこの際、給電部２２一つ当たりの負荷を低減できるため、各々の給電部２２の構造を簡素化できる。

さらに、いずれかの給電部２２に不具合が発生したとしても、他の給電部２２によって給電が可能となる。即ち、フェールセーフ機能を有することになり、車両２への安定的な給電が可能となる。

〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係る交通システム１Ｂについて説明する。
なお、第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第二実施形態を基本構成として、受電部１３が第二実施形態とは異なっている。
図９に示すように、給電部２２は、第二実施形態同様に車体１２の幅方向に複数（本実施形態では二つ）が並設され、さらに受電部１３が、車体１２の幅方向に複数（本実施形態では二つ）が並設されている。

複数の受電部１３同士は、隣接する受電部１３のうちの一方の受電部１３における端子面１８と、他方の受電部１３における平板面１６とが接続されることで、電気的に接続されている。

また、各々の給電部２２における給電シュー２５は、車両２が給電位置に位置した際には、一の給電シュー２５が、一の受電部１３における平板面１６上から前後方向、幅方向に逸脱しないように位置する。即ち、給電時には、一の給電部２２と一の受電部１３とが、一対一で接触するようになっている。

本実施形態の交通システム１Ｂによると、複数の受電部１３によって高電流での給電が可能となる。そしてこの際、受電部１３一つ当たりの負荷を低減できるため、各々の受電部１３の構造を簡素化できる。

さらに、いずれかの受電部１３に不具合が発生したとしても、他の受電部１３によって給電部２２から受電することが可能となる。即ち、フェールセーフ機能を有することになり、車両２への安定的な給電が可能となる。

なお、本実施形態では、複数の給電部２２と、複数の受電部１３とによって給電を行うようになっているが、例えば、複数の給電部２２に対して一つの受電部１３を設け、このような複数の給電部２２と一つの受電部１３とからなる構成を複数並設してもよい。即ち、第二実施形態における給電部２２及び受電部１３の構成を幅方向に複数並設することになる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、テーパ面の形状は上述の場合に限定されず、曲面状をなしてもよく、給電シュー２５を平板面１６に案内可能な案内面となっていればよい。

また、上述の実施形態では、架線レスの新交通システム１、１Ａ、１Ｂにおける給電について説明したが、例えば電気バスへの給電等、他の電気車両に適用してもよい。

１、１Ａ、１Ｂ…交通システム ２…車両 ３…軌道 ３ａ…レール ５…地上設備 ９…蓄電池 １０…台車 １１…車輪 １２…車体 １２ａ…屋上 １３…受電部 １４…板状部 １５…支持部 １６…平板面 １７…テーパ面 １８…端子面 ２０…配線 ２２…給電部 ２３…構造物 ２４…リンク部材 ２５…給電シュー ３０…第一連結部材 ３１…回動部材 ３２…第二連結部材 ３３…バネ（付勢部） ３５…接触検知部 Ｓ１…案内工程 Ｓ２…車両位置調整工程 Ｓ３…接触確認工程 Ｓ４…接触調整工程 Ｓ５…給電工程 Ｓ６…給電完了工程 Ｓ７…車両発進工程

Claims (7)

1. 外面に受電部を有する車両と、
   前記受電部に接触することで該受電部に給電する給電部を有する地上設備と、
   を備え、
   前記受電部と前記給電部とのいずれか一方が、該一方を他方に向かって付勢力を与えるリンク部材を有し、
   前記他方が、
   前記車両の前記外面に沿って延在する平板面と、
   該平板面における前記車両の進退方向に接続されて、前記車両の進退時に前記一方を前記付勢力に抗して前記平板面に案内して該平板面と接触させる案内面と、
   を有し、
   前記地上設備に設けられて、前記受電部と前記給電部との接触状態を検知する接触検知部をさらに備え、
   前記リンク部材は、前記一方から前記他方に向かって延び、前記他方との間で三次元的に相対回動可能に設けられた第一連結部材と、該第一連結部材の端部に該第一連結部材に対して三次元的に相対回動可能に設けられた回動部材と、該回動部材に取り付けられて、前記一方から前記他方に延びる第二連結部材と、該第二連結部材に設けられて前記他方に接触する給電シューと、前記回動部材と前記一方との間に設けられて前記給電シューを前記他方の前記平板面に付勢する付勢部とを有していることを特徴とする交通システム。
2. 前記案内面は、前記平板面との接続部分から前記進退方向に離間するに従って、前記一方から離間する方向に延在するテーパ面となっていることを特徴とする請求項１に記載の交通システム。
3. 前記受電部は、前記車両の床下部又は側面部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の交通システム。
4. 前記給電部は、複数設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の交通システム。
5. 前記受電部は、複数設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の交通システム。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の交通システムにおける前記給電部によって、前記受電部に給電する給電方法であって、
   前記一方を、前記付勢力に抗して前記案内面によって前記平板面に案内して接触させる案内工程と、
   案内工程の後に給電を開始する給電工程と、
   予め設定した電力を給電完了した際に、給電を終了する給電完了工程と、
   を備えることを特徴とする給電方法。
7. 前記案内工程と前記給電工程との間に、前記地上設備に設けられて前記受電部と前記給電部との接触状態を検知する前記接触検知部からの信号に応じて、前記受電部と前記給電部との接触状態の確認を行う接触確認工程と、
   前記接触確認工程の結果に基づいて前記車両、前記受電部、及び前記給電部のうちの少なくとも一つの位置調整を行って接触状態を調整する接触調整工程と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の給電方法。

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