(57)【要約】【課題】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。【解決手段】鉄道試験システムは、鉄道車両の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。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、台車側ユニットが備える受電側共振回路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。【選択図】図１
2019034696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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鉄道車両用受電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両用受電装置において、
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。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の鉄道車両用受電装置において、
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。
【請求項４】
請求項３に記載の鉄道車両用受電装置において、
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。
【請求項５】
請求項３に記載の鉄道車両用受電装置において、
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。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の鉄道車両用受電装置において、
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。
【請求項７】
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鉄道車両用の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１７９３０号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１３６６９号公報
【特許文献３】特開２０１３−６４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】鉄道試験システムの構成を示す図である。
【図２】台車の構造を模式的に示す図である。
【図３】受電側筐体に収容された受電コイルおよび基板を示す図である。
【図４】送電側筐体に収容された送電コイルおよび基板を示す図である。
【図５】台車の平面図である。
【図６】鉄道車両の正面図である。
【図７】ボルスタ付き台車の分解斜視図である。
【図８】送信側共振回路および受電側共振回路の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【符号の説明】
【００７７】
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。
【図１】
2019034696.tif 000003
【図２】
2019034696.tif 000004
【図３】
2019034696.tif 000005
【図４】
2019034696.tif 000006
【図５】
2019034696.tif 000007
【図６】
2019034696.tif 000008
【図７】
2019034696.tif 000009
【図８】
2019034696.tif 000010