車両用非接触給電技術

駅停車時などにおける電力供給として使用可能な非接触給電技術について、低損失化・高出力化等を実現するための開発を行っています。

1.概要

ハイブリッド気動車や蓄エネルギー機構を有する車両の駅停車時などの電力供給に使用可能な非接触給電技術について、低損失化・高出力化等の研究開発を行っています。

提案する非接触給電方式は、感電・漏電の危険性が低く、また、摩耗がないことから、メンテナンス性の向上が期待できます。

2.コイル構成の検討

非接触給電の方式として、停止中給電が行えること、大容量給電が行えることなどから、電動歯ブラシなどで用いられている非接触の変圧器方式を選定しました(表1、図1)。

変圧器方式での課題として、高周波を用いるため大容量給電に伴うコイル部での損失が大きいこと、地上の給電コイル近傍に磁性体のレールが存在することで損失が生じることなどが挙げられます。

これらに対処する構成を磁界解析により検討し、以下の提案を行いました。

(1) 8の字コイル
8の字コイル(図2)を使用することにより、通常の矩形コイルと比較してレールの影響により生じる損失が低減できます。

(2) リッツ線素線半径
変圧器方式で給電を行う場合、周波数を高くした場合のシステム全体の伝送効率や電波法の規制などを考慮すると、高周波電流の周波数として10kHzを採用することが有力です。しかし、10kHzの高周波電流を通電する場合、交流抵抗による損失が無視できず、その低減のために素線半径を小さくし、素線絶縁を施した特殊電線であるリッツ線が用いられます(図3)。

磁界解析により、交流抵抗が導体総断面積と一次的関係を有し、素線半径によりその傾きが決まることなどを明らかにし、目的とするシステムに応じたリッツ線素線半径を選定することが可能になりました。

表1 非接触給電の方式
図1 変圧器方式非接触給電
図2 コイル配置
図3 リッツ線断面図
図4 構内試験電車を用いた非接触給電試験

参考文献

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