JP6414820B2 - 非接触給電装置、非接触給電システム、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
特許文献1には、関連する技術として、非接触給電技術を用いて鉄道車両に電力を供給すると共に、給電コイルに流れた電流により鉄道レールの位置に生じる磁界を低減することで、鉄道レールに生じる渦電流によるエネルギ損失を低減する技術が記載されている。
そのため、エネルギの損失の少なく、かつ、給電効率をより向上させることのできる非接触給電技術が求められていた。
まず、本発明の実施形態による非接触給電システム3に共通の構成について説明する。
本発明の実施形態による非接触給電システム3は、非接触給電装置1と、非接触集電装置2と、を備える。
非接触給電装置1は、地上からの高さ方向の位置が鉄道車両100の走行する鉄道レールRa1及びRa2に近接する位置に設置されている。例えば、非接触給電装置1は、図1に示すように、鉄道レールRa1及びRa2の直下に配置される。また、例えば、非接触給電装置1は、鉄道レールRa1及びRa2において、鉄道レールRa1及びRa2の延伸方向に対して交差する方向に空間を設けて配置されるものであってもよい。
非接触給電装置1は、鉄道レールRa1及びRa2の間の距離が示す幅よりも広い幅を有する給電コイルLaを備える。給電コイルLaは、集電コイルLbとの距離が近くなるように非接触給電装置1において鉄道車両100に近い位置に配置される。例えば、給電コイルLaは、図1に示すように、非接触給電装置1内の鉄道レールRa1及びRa2に近接する位置に設置される。
なお、給電コイルLaは、後述するように、1つのコイルで構成されることもあれば、2つ以上のコイルで構成されることもある。
なお、給電コイルLbは、後述するように、給電コイルLaを構成するコイルに応じて、集電コイルLbを構成するコイルの数、形状、配置する位置などを決定する必要がある。
本発明の第一の実施形態による非接触給電装置1は、図2に示すように、4つの導線10(10a、10b、10c、10d)と、電源部20と、電源制御部30と、記憶部40と、を備える。
給電コイルLa1(第1給電コイル)は、導線10a及び10dを外周に含み、鉄道レールRa1及びRa2を交差する第1のループを形成する位置に配置される。
給電コイルLa2(第2給電コイル)は、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、給電コイルLa1の内側の領域に、導線10b及び10cを外周に含む第2のループを形成する位置に配置される。
このとき、電源制御部30は、鉄道レールRa1の両側に配置された2つの導線10a及び10bに流れる電流の向きと、鉄道レールRa2の両側に配置された2つの導線10c及び10dに流れる電流の向きとが逆向きになるように制御している。
なお、鉄道レールRa1近傍で導線10cと導線10dのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響が無視でき、鉄道レールRa2近傍で導線10aと導線10bのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響が無視でき、更に、導線10a〜10dのそれぞれが同一の電流を流す場合、導線10aから鉄道レールRa1までの距離、導線10bから鉄道レールRa1までの距離、導線10cから鉄道レールRa2までの距離、導線10dから鉄道レールRa2までの距離のそれぞれを略同一とすることができる。
なお、記憶部40は、本実施形態による非接触給電装置1が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
こうすることで、非接触給電システム3における損失を低減することができる。また、非接触給電システム3において、出力を向上させたときの損失の増加を抑制することができる。また、2つのレールRaの外側においても磁界を発生させることができる。すなわち、非接触給電システム3において、鉄道レールRaにおける発熱量を低減し、エネルギの損失の少なく、かつ、給電効率をより向上させる非接触給電を行うことができる。
また、給電コイルLa1と、給電コイルLa2は、それぞれ独立したコイルとして製造することができる。そのため、給電コイルLa1と、給電コイルLa2の製造が容易になる。
本発明の第二の実施形態による非接触給電装置1は、第一の実施形態による非接触給電装置1と同様に、4つの導線10(10a、10b、10c、10d)と、電源部20と、電源制御部30と、記憶部40と、を備える。
給電コイルLa3(第3給電コイル)は、導線10a及び10dを外周に含み、鉄道レールRa1及びRa2を交差する第3のループと、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、第3のループの内側の領域に、導線10b及び10cを外周に含む第4のループを形成する位置に配置される。
このとき、鉄道レールRa1の両側に配置された2つの導線10a及び10bに流れる電流の向きと、鉄道レールRa2の両側に配置された2つの導線10c及び10dに流れる電流の向きとが逆向きになる。
なお、鉄道レールRa1近傍で導線10cと導線10dのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響、及び、鉄道レールRa2近傍で導線10aと導線10bのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響が無視できない場合、導線10aから鉄道レールRa1までの距離、導線10bから鉄道レールRa1までの距離、導線10cから鉄道レールRa2までの距離、導線10dから鉄道レールRa2までの距離のそれぞれを調整し、鉄道レールRa1における磁界と鉄道レールRa2における磁界のそれぞれがゼロとする。
なお、記憶部40は、本実施形態による非接触給電装置1が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
こうすることで、非接触給電システム3における損失を低減することができる。また、非接触給電システム3において、出力を向上させたときの損失の増加を抑制することができる。また、2つのレールRaの外側においても磁界を発生させることができる。すなわち、非接触給電システム3において、鉄道レールRaにおける発熱量を低減し、エネルギの損失の少なく、かつ、給電効率をより向上させる非接触給電を行うことができる。
また、給電コイルLaは、給電コイルLa3の1つである。そのため、電源制御部30が行う電源部20の制御が容易になる。
本発明の第三の実施形態による非接触給電装置1は、8つの導線10(10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h)と、電源部20と、電源制御部30と、記憶部40と、を備える。
給電コイルLa4(第4給電コイル)は、導線10a及び10fを外周に含み、鉄道レールRa1を交差する第5のループを形成する位置に配置される。
給電コイルLa5(第5給電コイル)は、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、給電コイルLa4の内側の領域に、導線10b及び10eを外周に含む第6のループを形成する位置に配置される。
給電コイルLa6(第6給電コイル)は、導線10d及び10gを外周に含み、鉄道レールRa2を交差する第7のループを形成する位置に配置される。
給電コイルLa7(第7給電コイル)は、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、給電コイルLa6の内側の領域に、導線10c及び10hを外周に含む第8のループを形成する位置に配置される。
このとき、電源制御部30は、鉄道レールRa1の両側に配置された2つの導線10a及び10bに流れる電流の向きと、鉄道レールRa2の両側に配置された2つの導線10c及び10dに流れる電流の向きとが同一の向きになるように制御している。
なお、鉄道レールRa1近傍で導線10c、導線10d、導線10e、導線10f、導線10g、導線10hのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響が無視でき、鉄道レールRa2近傍で導線10a、導線10b、導線10e、導線10f、導線10g、導線10hのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響が無視でき、更に、導線10a〜10dのそれぞれが同一の電流を流す場合、導線10aから鉄道レールRa1までの距離、導線10bから鉄道レールRa1までの距離、導線10cから鉄道レールRa2までの距離、導線10dから鉄道レールRa2までの距離のそれぞれを略同一とすることができる。
なお、記憶部40は、本実施形態による非接触給電装置1が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
こうすることで、非接触給電システム3における損失を低減することができる。また、非接触給電システム3において、出力を向上させたときの損失の増加を抑制することができる。また、2つのレールRaの外側においても磁界を発生させることができる。すなわち、非接触給電システム3において、鉄道レールRaにおける発熱量を低減し、エネルギの損失の少なく、かつ、給電効率をより向上させる非接触給電を行うことができる。
また、給電コイルLa4と、給電コイルLa5と、給電コイルLa6と、給電コイルLa7は、それぞれ独立したコイルとして製造することができる。そのため、給電コイルLa4と、給電コイルLa5と、給電コイルLa6と、給電コイルLa7の製造が容易になる。
本発明の第四の実施形態による非接触給電装置1は、第三の実施形態による非接触給電装置1と同様に、8つの導線10(10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h)と、電源部20と、電源制御部30と、記憶部40と、を備える。
給電コイルLa8(第8給電コイル)は、導線10a及び10fを外周に含み、鉄道レールRa1を交差する第9のループと、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、第9のループの内側の領域に、導線10b及び10eを外周に含む第10のループを形成する位置に配置される。
給電コイルLa9(第9給電コイル)は、導線10d及び10gを外周に含み、鉄道レールRa2を交差する第11のループと、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、第11のループの内側の領域に、導線10c及び10hを外周に含む第12のループを形成する位置に配置される。
このとき、電源制御部30は、2本の鉄道レールのうちの一方である鉄道レールRa1の両側に配置された2つの導線10a及び10bに流れる電流の向きと、2本の鉄道レールのうちの他方である鉄道レールRa2の両側に配置された2つの導線10c及び10dに流れる電流の向きとが同一の向きになるように制御している。
なお、鉄道レールRa1近傍で導線10c、導線10d、導線10e、導線10f、導線10g、導線10hのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響が無視でき、鉄道レールRa2近傍で導線10a、導線10b、導線10e、導線10f、導線10g、導線10hのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響が無視でき、更に、導線10a〜10dのそれぞれが同一の電流を流す場合、導線10aから鉄道レールRa1までの距離、導線10bから鉄道レールRa1までの距離、導線10cから鉄道レールRa2までの距離、導線10dから鉄道レールRa2までの距離のそれぞれを略同一とすることができる。
なお、記憶部40は、本実施形態による非接触給電装置1が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
こうすることで、非接触給電システム3における損失を低減することができる。また、非接触給電システム3において、出力を向上させたときの損失の増加を抑制することができる。また、2つのレールRaの外側においても磁界を発生させることができる。すなわち、非接触給電システム3において、鉄道レールRaにおける発熱量を低減し、エネルギの損失の少なく、かつ、給電効率をより向上させる非接触給電を行うことができる。
また、給電コイルLa8と、給電コイルLa9は、それぞれ独立したコイルとして製造することができる。そのため、給電コイルLa8と、給電コイルLa9の製造が容易になる。また、給電コイルLaは、給電コイルLa8と給電コイルLa9の2つである。そのため、電源制御部30が行う電源部20の制御が容易になる。
本発明の第五の実施形態による非接触給電装置1は、第三の実施形態による非接触給電装置1と同様に、8つの導線10(10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h)と、電源部20と、電源制御部30と、記憶部40と、を備える。
給電コイルLa10(第10給電コイル)は、導線10a及び10fを外周に含み、鉄道レールRa1を交差する第13のループと、導線10d及び10gを外周に含み、鉄道レールRa2を交差する第14のループとを形成する位置に配置される。
給電コイルLa11(第11給電コイル)は、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、第13のループの内側の領域に、導線10b及び10eを外周に含む第15のループと、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、第14のループの内側の領域に、導線10c及び10hを外周に含む第16のループとを形成する位置に配置される。
なお、記憶部40は、本実施形態による非接触給電装置1が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
こうすることで、非接触給電システム3における損失を低減することができる。また、非接触給電システム3において、出力を向上させたときの損失の増加を抑制することができる。また、2つのレールRaの外側においても磁界を発生させることができる。すなわち、非接触給電システム3において、鉄道レールRaにおける発熱量を低減し、エネルギの損失の少なく、かつ、給電効率をより向上させる非接触給電を行うことができる。
また、給電コイルLa10と、給電コイルLa11は、それぞれ独立したコイルとして製造することができる。そのため、給電コイルLa10と、給電コイルLa11の製造が容易になる。また、給電コイルLaは、給電コイルLa10と給電コイルLa11の2つである。そのため、電源制御部30が行う電源部20の制御が容易になる。
本発明の第六の実施形態による非接触給電装置1は、第三の実施形態による非接触給電装置1と同様に、8つの導線10(10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h)と、電源部20と、電源制御部30と、記憶部40と、を備える。
給電コイルLa12(第12給電コイル)は、導線10a及び10fを外周に含み、鉄道レールRa1を交差する第17のループと、導線10d及び10gを外周に含み、鉄道レールRa2を交差する第18のループと、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、第17のループの内側の領域に、導線10b及び10eを外周に含む第19のループと、鉄道レールRa1及びRa2の間の領域で、かつ、第18のループの内側の領域に、導線10c及び10hを外周に含む第20のループとを形成する位置に配置される。
このとき、鉄道レールRa1の両側に配置された2つの導線10a及び10bに流れる電流の向きと、鉄道レールRa2の両側に配置された2つの導線10c及び10dに流れる電流の向きとが同一の向きになる。
なお、鉄道レールRa1近傍で導線10c、導線10d、導線10e、導線10f、導線10g、導線10hのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響、及び、鉄道レールRa2近傍で導線10a、導線10b、導線10e、導線10f、導線10g、導線10hのそれぞれに流れる電流により生じる磁界の影響が無視できない場合、導線10aから鉄道レールRa1までの距離、導線10bから鉄道レールRa1までの距離、導線10cから鉄道レールRa2までの距離、導線10dから鉄道レールRa2までの距離のそれぞれを調整し、鉄道レールRa1における磁界と鉄道レールRa2における磁界のそれぞれがゼロとする。
なお、記憶部40は、本実施形態による非接触給電装置1が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
こうすることで、非接触給電システム3における損失を低減することができる。また、非接触給電システム3において、出力を向上させたときの損失の増加を抑制することができる。また、2つのレールRaの外側においても磁界を発生させることができる。すなわち、非接触給電システム3において、鉄道レールRaにおける発熱量を低減し、エネルギの損失の少なく、かつ、給電効率をより向上させる非接触給電を行うことができる。
また、給電コイルLaは、給電コイルLa12の1つである。そのため、電源制御部30が行う電源部20の制御が容易になる。
2・・・非接触集電装置
3・・・非接触給電システム
10、10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h・・・導線
20・・・電源部
30・・・電源制御部
40・・・記憶部
100・・・鉄道車両
La、La1、La2、La3、La4、La5、La6、La7、La8、La9、La10、La11、La12・・・給電コイル
Lb、Lb1、Lb2・・・集電コイル
Ra1、Ra2・・・鉄道レール
Claims (11)
- 第一レール及び第二レールの間の領域のうち前記第一レールに近い領域に前記第一レールに並行して配置される第一導線と、
前記第一導線とともに前記第一レールを挟む位置に前記第一レールに並行して配置される第二導線と、
前記第一レール及び前記第二レールの間の領域のうち前記第二レールに近い領域に前記第二レールに並行して配置される第三導線と、
前記第三導線とともに前記第二レールを挟む位置に前記第二レールに並行して配置される第四導線と、
前記第一導線、前記第二導線、前記第三導線、及び、前記第四導線のそれぞれに電流を供給する電源部と、
前記電源部が前記第一導線、前記第二導線、前記第三導線、及び、前記第四導線のそれぞれに電流を供給する各タイミングにおける電流の向きと大きさとを制御し、前記第一レール及び前記第二レールに発生する磁界をゼロにする電源制御部と、
を備える非接触給電装置。 - 前記第二導線及び前記第四導線を外周に含み、前記第一レール及び前記第二レールを交差する第1のループを形成する位置に配置される第一給電コイルと、
前記第一レール及び前記第二レールの間の領域で、かつ、前記第一給電コイルの内側の領域に、前記第一導線及び前記第三導線を外周に含む第2のループを形成する位置に配置される第二給電コイルと、
を備える請求項1に記載の非接触給電装置。 - 前記第二導線及び前記第四導線を外周に含み、前記第一レール及び前記第二レールを交差する第3のループと、前記第一レール及び前記第二レールの間の領域で、かつ、前記第3のループの内側の領域に、前記第一導線及び前記第三導線を外周に含む第4のループを形成する位置に配置される第三給電コイル、
を備える請求項1に記載の非接触給電装置。 - 前記第一レールとともに前記第一導線を挟む位置に配置される第五導線と、
前記第一導線とともに前記第五導線を挟む位置に前記第五導線に並行して配置される第六導線と、
前記第二レールとともに前記第三導線を挟む位置に前記第五導線に並行して配置される第七導線と、
前記第三導線とともに前記第七導線を挟む位置に前記第五導線に並行して配置される第八導線と、
を備える請求項1に記載の非接触給電装置。 - 前記第二導線及び前記第六導線を外周に含み、前記第一レールを交差する第5のループを形成する位置に配置される第4給電コイルと、
前記第一レール及び前記第二レールの間の領域で、かつ、前記第4給電コイルの内側の領域に、前記第一導線及び前記第五導線を外周に含む第6のループを形成する位置に配置される第5給電コイルと、
前記第四導線及び前記第八導線を外周に含み、前記第二レールを交差する第7のループを形成する位置に配置される第6給電コイルと、
前記第一レール及び前記第二レールの間の領域で、かつ、前記第6給電コイルの内側の領域に、前記第三導線及び前記第七導線を外周に含む第8のループを形成する位置に配置される第7給電コイルと、
を備える請求項4に記載の非接触給電装置。 - 前記第二導線及び前記第六導線を外周に含み、前記第一レールを交差する第9のループと、前記第一レール及び前記第二レールの間の領域で、かつ、前記第9のループの内側の領域に、前記第一導線及び前記第五導線を外周に含む第10のループを形成する位置に配置される第8給電コイルと、
前記第四導線及び前記第八導線を外周に含み、前記第二レールを交差する第11のループと、前記第一レール及び前記第二レールの間の領域で、かつ、前記第11のループの内側の領域に、前記第三導線及び前記第七導線を外周に含む第12のループを形成する位置に配置される第9給電コイルと、
を備える請求項4に記載の非接触給電装置。 - 前記第二導線及び前記第六導線を外周に含み、前記第一レールを交差する第13のループと、前記第四導線及び前記第八導線を外周に含み、前記第二レールを交差する第14のループとを形成する位置に配置される第10給電コイルと、
前記第一レール及び前記第二レールの間の領域で、かつ、前記第13のループの内側の領域に、前記第一導線及び前記第五導線を外周に含む第15のループと、前記第一レール及び前記第二レールの間の領域で、かつ、前記第14のループの内側の領域に、前記第三導線及び前記第七導線を外周に含む第16のループとを形成する位置に配置される第11給電コイルと、
を備える請求項4に記載の非接触給電装置。 - 非接触給電装置と、非接触集電装置と、を備える非接触給電システムであって、
前記非接触給電装置は、
第一レール及び第二レールの間の領域のうち前記第一レールに近い領域に前記第一レールに並行して配置される第一導線と、
前記第一導線とともに前記第一レールを挟む位置に前記第一レールに並行して配置される第二導線と、
前記第一レール及び前記第二レールの間の領域のうち前記第二レールに近い領域に前記第二レールに並行して配置される第三導線と、
前記第三導線とともに前記第二レールを挟む位置に前記第二レールに並行して配置される第四導線と、
前記第一導線、前記第二導線、前記第三導線、及び、前記第四導線のそれぞれに電流を供給する電源部と、
前記電源部が前記第一導線、前記第二導線、前記第三導線、及び、前記第四導線のそれぞれに電流を供給する各タイミングにおける電流の向きと大きさとを制御し、前記第一レール及び前記第二レールに発生する磁界をゼロにする電源制御部と、
を備え、
前記非接触集電装置は、
前記第一導線、前記第二導線、前記第三導線、及び、前記第四導線のそれぞれに流れる電流が発生させる磁界の強い位置にループを有し、前記磁界により起電力を生じさせる集電コイル、
を備える、非接触給電システム。 - 電源部は、
第一レール及び第二レールの間の領域のうち前記第一レールに近い領域に前記第一レールに並行して配置される第一導線と、
前記第一導線とともに前記第一レールを挟む位置に前記第一レールに並行して配置される第二導線と、
前記第一レール及び前記第二レールの間の領域のうち前記第二レールに近い領域に前記第二レールに並行して配置される第三導線と、
前記第三導線とともに前記第二レールを挟む位置に前記第二レールに並行して配置される第四導線と、
のそれぞれに電流を供給し、
電源制御部は、
前記電源部が前記第一導線、前記第二導線、前記第三導線、及び、前記第四導線のそれぞれに電流を供給する各タイミングにおける電流の向きと大きさとを制御し、前記第一レール及び前記第二レールに発生する磁界をゼロにする、制御方法。 - 非接触給電装置と、非接触集電装置と、を備える非接触給電システムにおける制御方法であって、
前記非接触給電装置において、
電源部は、
第一レール及び第二レールの間の領域のうち前記第一レールに近い領域に前記第一レールに並行して配置される第一導線と、
前記第一導線とともに前記第一レールを挟む位置に前記第一レールに並行して配置される第二導線と、
前記第一レール及び前記第二レールの間の領域のうち前記第二レールに近い領域に前記第二レールに並行して配置される第三導線と、
前記第三導線とともに前記第二レールを挟む位置に前記第二レールに並行して配置される第四導線と、
のそれぞれに電流を供給し、
電源制御部は、
前記電源部が前記第一導線、前記第二導線、前記第三導線、及び、前記第四導線のそれぞれに電流を供給する各タイミングにおける電流の向きと大きさとを制御し、前記第一レール及び前記第二レールに発生する磁界をゼロにし、
前記非接触集電装置において、
集電コイルは、前記第一導線、前記第二導線、前記第三導線、及び、前記第四導線のそれぞれに流れる電流が発生させる磁界の強い位置にループを有し、前記磁界により起電力を生じさせる、制御方法。 - コンピュータを、
第一レール及び第二レールの間の領域のうち前記第一レールに近い領域に前記第一レールに並行して配置される第一導線と、前記第一導線とともに前記第一レールを挟む位置に前記第一レールに並行して配置される第二導線と、前記第一レール及び前記第二レールの間の領域のうち前記第二レールに近い領域に前記第二レールに並行して配置される第三導線と、前記第三導線とともに前記第二レールを挟む位置に前記第二レールに並行して配置される第四導線のそれぞれに電源部が電流を供給する各タイミングにおける電流の向きと大きさとを制御し、前記第一レール及び前記第二レールに発生する磁界をゼロにする電源制御手段、
として機能させる、プログラム。
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