工事用搬送システム

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【発明の名称】	工事用搬送システム
【発明者】	【氏名】山下純一郎【住所又は居所】東京都千代田区富士見２丁目１０番２６号前田建設工業株式会社内【氏名】酒井大作【住所又は居所】東京都千代田区富士見２丁目１０番２６号前田建設工業株式会社内【氏名】田崎愛眞郎【住所又は居所】静岡県駿東郡小山町棚頭２２４番地１２トモエ電機工業株式会社富士小山事業所内【氏名】瀬戸啓助【住所又は居所】東京都品川区南大井６丁目２８番６号トモエ電機工業株式会社内
【要約】	【課題】長距離の運転が可能で輸送効率の高い搬送システムを提供する。【解決手段】工事用電気車は、電気車本体１００と、地上側給電部２０１から非接触で電力を受け取る車上側給電部２１と、車上側給電部２１を電気車本体１００から突出させる駆動部と、バッテリと、制御部とを備える。制御部は、工事用電気車が走行して給電区間に入った場合、駆動部を駆動させて車上側給電部２１を電気車本体１００から突出させ、地上側給電部２０１に接近させて非接触で電力を受け取らせ、工事用電気車が給電区間外に出た場合には、駆動部を駆動させて車上側給電部２１を電気車本体１００内に収納させる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】軌道上を走行する工事用電気車と、前記軌道に沿った一部の給電区間に配置された地上側給電部とを有し、前記工事用電気車は、電気車本体と、走行時の駆動源である電動機と、前記地上側給電部から非接触で電力を受け取る車上側給電部と、前記車上側給電部を前記電気車本体から突出させる駆動部と、前記車上側給電部が受け取った電力を蓄えるバッテリと、制御部とを備え、前記制御部は、前記工事用電気車が走行して前記給電区間に入った場合、前記駆動部を駆動させて前記車上側給電部を前記電気車本体から突出させることにより、前記地上側給電部に接近させて非接触で電力を受け取らせ、前記工事用電気車が前記給電区間外に出た場合には、前記駆動部を駆動させて前記車上側給電部を前記電気車本体内に収納させることを特徴とする工事用搬送システム。
【請求項２】請求項１に記載の工事用搬送システムにおいて、前記工事用電気車は、前記給電区間の始点と終点とを検出する検出部を有し、前記制御部は、前記検出部の検出結果に応じて前記駆動部を駆動させ、前記給電区間で前記車上側給電部を突出させることを特徴とする工事用搬送システム。
【請求項３】請求項１または２に記載の工事用搬送システムにおいて、前記工事用電気車は、前記給電区間では、前記車上側給電部が受け取った電力の一部を前記電動機に供給して走行し、前記給電区間以外の場所では前記バッテリからの電力を前記電動機に供給して走行するハイブリット電気車であることを特徴とする工事用搬送システム。
【請求項４】請求項１ないし３に記載の工事用搬送システムにおいて、前記地上側給電部は、前記給電区間で前記軌道に沿って配置された給電ケーブルと、該給電ケーブルに高周波電流を供給する供給部とを有し、前記車上側給電部は、前記給電ケーブルから発生する磁界を受けて電流を生じるコイルを有することを特徴とする工事用搬送システム。
【請求項５】請求項４に記載の工事用搬送システムにおいて、前記地上側給電部は、前記給電ケーブルに平行に配置されたガイドレールを有し、前記車上側給電部は、前記ガイドレールと接するガイドローラを有することを特徴とする工事用搬送システム。
【請求項６】軌道上を走行する工事用電気車であって、電気車本体と、走行時の駆動源である電動機と、前記軌道に沿った一部の給電区間に配置された地上側給電部から非接触で電力を受け取る車上側給電部と、前記車上側給電部を前記電気車本体から突出させる駆動部と、前記車上側給電部が受け取った電力を蓄えるバッテリと、制御部とを備え、前記制御部は、前記工事用電気車が走行して前記給電区間に入った場合、前記駆動部を駆動させて前記車上側給電部を前記電気車本体から突出させることにより、前記地上側給電部に接近させて非接触で電力を受け取らせ、前記工事用電気車が前記給電区間外に出た場合には、前記駆動部を駆動させて前記車上側給電部を前記電気車本体内に収納させることを特徴とする工事用電気車。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工事用に使用される電気車に係り、特に、隧道工事、地下工事等の工事で使用される、電動機駆動の工事用機関車として用いられる電気車に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、地下鉄用トンネル、その他の地下工事においては、工事において用いられる機材、資材、掘削土砂等の積載物の搬入、搬出が必要である。このため、通常、前述した積載物を台車に載せ、工事用機関車により牽引して、搬送を行っている。この種の工事用機関車としては、隧道工事、地下工事という閉空間での使用を考慮して、電動機駆動の機関車が用いられる。特に、駆動用電源としてバッテリを搭載し、このバッテリから駆動用電力を直流電動機に供給する形式の電気車が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】バッテリ式機関車は、排気ガスがなく、閉空間での作業に適している。しかし、このような工事用機関車では、バッテリを用いている関係で、バッテリの充電量による走行距離の制約がある。すなわち、一定時間使用すると、ある程度の時間をかけてバッテリの充電を行う必要がある。例えば、長距離のトンネル工事の場合には、充電量の大きなバッテリを搭載する必要があり、また、バッテリへの充電、もしくは、充電されたバッテリへの交換を頻繁に行うことが必要となり輸送効率が落ちる。
【０００４】本発明の目的は、長距離の運転が可能で輸送効率の高い工事用搬送システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような工事用搬送システムが提供される。すなわち、軌道上を走行する工事用電気車と、軌道に沿った一部の給電区間に配置された地上側給電部とを有する工事用搬送システムである。この工事用電気車は、電気車本体と、走行時の駆動源である電動機と、前記地上側給電部から非接触で電力を受け取る車上側給電部と、前記車上側給電部を前記電気車本体から突出させる駆動部と、前記車上側給電部が受け取った電力を蓄えるバッテリと、制御部とを備える構成とする。制御部は、前記工事用電気車が走行して前記給電区間に入った場合、前記駆動部を駆動させて前記車上側給電部を前記電気車本体から突出させることにより、前記地上側給電部に接近させて非接触で電力を受け取らせ、前記工事用電気車が前記給電区間から出た場合には、前記駆動部を駆動させて前記車上側給電部を前記電気車本体内に収納させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の工事用長距離搬送システムについて説明する。
【０００７】本実施の形態の長距離搬送システムは、工事用電気車である機関車１００と、非接触給電装置とを有する。非接触給電装置は、地上側給電部２００と、機関車１００に搭載された車上側給電ユニット２０とを含む。
【０００８】機関車１００は、図１に示したように、本体１と、本体の下部に備えられた車輪５とを有し、本体１には着脱可能な給電ユニット２０が搭載されている。給電ユニット２０は、図１，図２のように、筐体５３と、筐体の内部に配置された、地上側給電部２００から非接触で電力を受け取るピックアップユニット１０と、バッテリ１１と、バッテリ監視装置３０と，充電器１２と，ピックアップレギュレータ１４とを含んでいる。これらの詳しい構成および動作については後で詳しく説明する。
【０００９】また、図１、図２には図示していないが、本体１の内部には、図３に示した電動機３６，減速機３７，抵抗器３８、制御装置３４が配置されている。電動機４は、直流サーボモータを用いる。減速機３７は、電動機４の回転力を減速して車輪５に伝達する。抵抗器３８は、電動機４を停止させる際の負荷として用いられる。また、本体１の下部には、後述の地上側給電部２００の発信器２１０からの電波を受信するための受信器３５が取り付けられている。さらに、本体１の前部には、図１のように運転時に用いられてる各種操作部９と表示部８、ならびに、運転者の転落防止用柵１３、屋根６、回転灯７、照明および表示灯１５等が配置されている。
【００１０】一方、地上側には、平行に配置された２本のレールからなる軌道４と、レールを固定する枕木４１と、非接触給電装置の地上側給電部２００とが配置されている。
【００１１】地上側給電部２００は、図８（ａ），（ｂ）に示したように、軌道４から予め定めた距離に、地上から予め定めた高さで平行に配置された２本の送電ケーブル２０１と、ガイドレール２０２とを有する。ガイドレール２０２の先端は、送電ケーブル２０１と高さ方向に平行である。２本の送電ケーブル２０１およびガイドレール２０２は、枕木４１上に立脚する支持部２０３によって支持されている。送電ケーブル２０１およびガイドレール２０２は、軌道４の全区間に配置されているわけではなく、図１０のように、予め定めた給電区間１２０にのみ配置されている。送電ケーブル２０１には、図９に示したように、給電装置（トラックサプライ）２２０が接続される。給電装置２２０は、外部から供給された５０Ｈｚの交流電流を、２０ｋＨｚの高周波交流電流に変換し、送電ケーブル２０１に供給する。また、送電ケーブル２０１の途中には、コンデンサを含んで構成される補償器２１１が配置され、送電ケーブル２０１の特性値を高周波交流電流の送電に適した特性値に調整している。また、地上側給電部２００は、機関車１００に給電区間１２０の始点と終点位置にそれぞれ配置された発信器２１０を含んでいる。発信器２１０は、機関車１００に対して電波を発信し、給電区間１２０が存在することを示す。
【００１２】機関車１００に搭載された給電ユニット２０の構造について、詳しく説明する。
【００１３】給電ユニット２０のピックアップユニット１０は、図４（ｂ）、図５に示したように側面形状がＥ型のピックアップコイル２１を含んでいる。Ｅ型ピックアップコイル２１は、図２，図６のように機関車１００の前後方向に２個並べて支持部５２に固定されている。また、Ｅ型ピックアップコイル２１の下部には、４個のガイドローラ２２が、図５，図７のような配置で支持部５２に固定されている。支持部５２は、スプリング５１を介して可動台２３に支持されている。給電ユニット２０の筐体５３には、２本のスライドレール２５が図２，図６のように機関車１００の左右方向に固定されている。可動台２３は、スライドレール２５とスライド可能に嵌合するガイド部５４と、スライド用モータ２４と、スライドレール２５に設けられたラック（不図示）と噛み合う不図示の歯車（ピニオン）とを有している。スライド用モータ２４が可動台２３の歯車を回転させることにより、可動台２４は、機関車１００の左右方向にスライドレール２５上をスライドする。これにより、ピックアップコイル２１およびガイドローラ２２を、図２，図４（ｂ）、図５、図６のように、機関車１００の進行方向右側に、予め定めた幅Ｌだけ突出させることができる。
【００１４】これにより、Ｅ型ピックアップコイル２１の内側の空間に、２本の送電ケーブル２０１が挿入され、４個のガイドローラ２２の間の空間に、ガイドレール２０２が挿入される。Ｅ型ピックアップコイル２１には、送電ケーブル２０１が発生する高周波の磁界により誘導された交流電流が生じ、非接触で送電ケーブル２０１の電力を高効率で受け取ることができる。このとき機関車１００の進行に伴って、ガイドローラ２２がガイドレール２２に沿って移動することにより、送電ケーブル２０１に対するＥ型ピックアップコイル２１の位置が、上下方向および突出方向について位置決めされる。したがって、送電ケーブル２０１を、Ｅ型ピックアップコイル２１の内部空間において一定の範囲に位置させることができるため、Ｅ型ピックアップコイル２１は、送電ケーブル２０１が発生する高周波磁界を安定して受けることでき、効率よく電力を受け取ることができる。スプリング５１は、Ｅ型ピックアップコイル２１の機関車本体１に対する相対的な動きを吸収する作用をする。
【００１５】スライド用モータ２４は、図３のように制御装置３４に接続され、制御装置３４により動作を制御される。また、ピックアップユニット１０には、スライド時に、可動台２３が予め定めた幅Ｌだけ突出した場合にスライド用モータ２４の動作を停止させるために、可動台２３の幅Ｌだけ突出したことを検出する検出器３２（図３）と、可動台２３を筐体５３の定位置まで収納したことを検出する検出器３３（図３）が配置されている。検出器３２，３３の出力は、制御装置３４に入力され、スライド用モータ２４の制御に用いられる。
【００１６】ピックアップユニット１０のピックアップレギュレータ１４は、ダイオードを含んで構成され、Ｅ型ピックアップコイル２１が出力する交流電流出力を整流し、直流電圧として出力する。
【００１７】なお、上述のＥ型ピックアップコイル２１、ピックアップレギュレータ１４、給電装置（トラックサプライ）２２０、送電ケーブル２０１、補償器２１１としては、例えば、ドイツのワンフラー(Wampfler)社のＩＰＴ(Inductive Power Transfer)システムのE-Pickup Systemを用いることができる。
【００１８】ピックアップレギュレータ１４には、図３のように、充電器１２が接続されている。充電器１２は、ピックアップレギュレータ１４の出力を電動機３６に受け渡すために制御装置３４に接続されている。ピックアップレギュレータ１４には、充電器１２と並列にバッテリ１１が接続されている。制御装置３４は、充電器を介して受け取ったピックアップレギュレータ１４の出力を、電動機３６に供給し、車輪５を駆動する。また、余剰電力は、バッテリ１１に浮動充電方式で供給され、急速充電される。すなわち、給電区間１２０ではピックアップレギュレータ１４の出力する電力のうち、電動機３６の駆動に余剰な電力を、充電器１２から供給されることにより急速充電される。給電区間１２０以外の区間では、バッテリ１１の出力する電力が制御装置３４に供給され、電動機３６の駆動に用いられる。なお、本実施の形態では、バッテリ１１としては、リチウムイオン電池を用いている。また、バッテリ１１には、監視装置３０が接続されており、バッテリ１１の出力電圧を監視している。監視装置３０は、バッテリ１１の出力電圧が上限を超えた場合等には、制御装置３４に充電停止を通知する。制御装置３４は、バッテリ１１と充電器１２との間に配置されている電磁式スイッチ３１を引き離し、充電を停止させる。充電器１２は、自装置に異常が生じた場合に制御装置３４に異常発生を通知する。制御装置３４は、それを受けて必要に応じて電磁式スイッチ３１を引き離す等の保護動作を行う。
【００１９】つぎに、本実施の形態の長距離搬送システムの機関車１００走行時の各部の動作について説明する。
【００２０】地上には、図１０のように、軌道４が敷設されている全区間のうち、一部の区間にのみ給電区間１２０が設けられ、図８（ａ）、（ｂ）のような地上側給電部２００の送電ケーブル２０１が配置されている。送電ケーブル２０１には、給電装置２２０から２０ｋＨｚの高周波電流が供給される。
【００２１】機関車１００は、給電区間１２０以外の区間では、制御部３４がバッテリ１１が出力する直流電圧を電動機３６に供給し、電動機３６を駆動する。電動機３６のトルクは、減速機３７により回転数を調節されて車輪５に伝達され、機関車１００が駆動される。給電区間１２０以外の区間では、ピックアップユニット１０のＥ型ピックアップコイル２１等は、図４（ａ）のように収納されている。
【００２２】機関車１００が、軌道４上を走行して給電区間１２０にさしかかると、地上に配置された発信器２１０からの電波を機関車１００の下部の受信器３５が受信する。制御装置３４は、受信器３５の出力を受け取り、給電区間１２０の始点に達したと判断し、ピックアップユニット１０のスライド用モータ２４を回転駆動させることにより、Ｅ型ピックアップコイル２１とガイドローラ２２を搭載した可動台２３を、機関車本体１の右方向にスライドさせ、図４（ｂ）、図５，図６のように突出させる。検出器３２が突出上限を検出したならば、スライド用モータ２４を停止させる。これにより、Ｅ型ピックアップコイル２１の内側に送電ケーブル２０１が挿入され、送電ケーブル２０１の発生する高周波の磁界により、Ｅ型ピックアップコイル２１には交流電流が流れ、機関車１００は、地上側給電部２００から非接触で電力を受け取ることができる。Ｅ型ピックアップコイル２１の出力する交流電流は、ピックアップレギュレータ１４によって直流電圧に変換され、さらに、充電器１２により所定の範囲の電圧に調整され、制御装置３４およびバッテリ３１に出力される。
【００２３】制御部３４は、充電器１２から出力された直流電流を用いて、電動機３６を駆動する。また、制御装置３４は、操作部９からの運連指令に基づいて、電動機３６を制御する。指令としては、たとえば、速度指令が挙げられる。速度が指示されると、制御装置３４は、電気車が当該速度となるように、不図示の速度検出器の出力をフィードバックして、電動機３６を駆動する。また、速度指令が“０”の場合には、電動機４を発電機として用い、発電された電力を抵抗器３８に給電して、電力を消費させ、エネルギを吸収させる。なお、バッテリ１１が充電可能な状態にある場合には、発電された電力をバッテリ３に給電してもよい。
【００２４】充電器１２の出力のうち、電動機３６を駆動した余剰電力は、浮動充電方式によりスイッチ３１を介してバッテリ１１に供給され、充電される。監視装置３０は、バッテリ１１の電圧が所定電圧以上になった場合には、充電停止信号を出力し、制御装置３４は電磁式スイッチ３１を引き離す。
【００２５】給電区間１２０の終点に機関車２１０が到達すると、発信器２１０の出力を受信器３５が再び受信する。制御装置３４は、Ｅ型ピックアップコイル２１を突出させている状態で再び受信器３５の出力を受けたならば、給電区間１２０の終点に到達したと判断し、スライド用モータ２４に逆回転を指示することにより、Ｅ型ピックアップコイル２１を搭載した可動台２３を、筐体５３内に引き戻し収容する。検出器３３が引き戻し限界を検出したならばスライド用モータ３３に停止を指示する。これにより、機関車１００は図４（ａ）のようにＥ型ピックアップコイル２１が側面に突出していない形態となる。したがって、機関車１００は、トンネル内の狭い場所を通過したり、トンネル内で他の機関車１００とすれ違うこと等が可能となる。
【００２６】給電区間１２０が終了し、送電ケーブル２１０からの給電がなくなると、充電器１２から電動機３６への給電電圧が低下すると、バッテリ１１が放電状態となり、電磁式スイッチ３１を介して、バッテリ１１から制御装置３４へ電力が供給され、電動機３６が駆動される。すなわち、本実施の形態の機関車は、給電区間１２０では、給電ケーブル２０１からの供給電力で走行し、給電区間以外では、バッテリ１１を電源として走行するハイブリット方式である。
【００２７】上述してきたように、本実施の形態の機関車１００は、送電ケーブル２１０から非接触で給電を受けることができ、しかも、送電ケーブル２１０への供給電力を高周波としているため、効率よく給電することができる。これにより、限られた給電区間１２０でバッテリ１１を急速充電することが可能であるため、バッテリ１１を交換する必要がなく、高効率で長距離搬送を行うことができる。しかも、軌道４の全区間に、送電ケーブル２１０等の地上側給電装置２００を配置する必要がなく、部分的な給電区間１２０によりバッテリ１１を充電できるため、送電ケーブル２１０を設置することが難しい狭い区間や他の機関車とのすれ違い区間等があるトンネル工事等の長距離搬送に、本実施の形態の長距離搬送システムを用いることができる。
【００２８】しかも、本実施の形態では、機関車１００に搭載されたＥ型ピックアップ２１を、給電区間１２０では機関車１００の側面に突出させ、給電区間１２０以外では機関車１００内に収納するため、トンネル内で狭い区間や他の機関車とのすれ違い区間があっても、従来と同様に通過させることができる。したがって、トンネルの幅を広げたり、すれ違い区間の軌道間の間隔を変更する必要がなく、従来のトンネル内で設置可能な場所に給電区間１２０を設置することにより、本実施の形態の長距離搬送システムを導入することができる。
【００２９】また、給電区間１２０の始点におけるＥ型ピックアップ２１の突出動作、および、給電区間１２０の終点における収納動作は、機関車１００の受信器３５が発信器２１０の電波を検出して自動的に行われるため、自動走行が可能である。
【００３０】なお、本実施の形態では、給電区間１２０の始点を終点を示すために発信器２１０を配置し、発信器２１０の発する電波を機関車１００側に搭載した受信器３５で受信する構成であったが、この構成に限らず、給電区間１２０の存在を検出できる他の構成を用いることも可能である。例えば、発信器２１０に代えて反射板等のマークを配置し、機関車１００側に電波の送信器と受信器の両方を搭載し、反射板により反射された電波を検出する構成や、電波の代わりに光を用い、発光素子と受光素子により給電区間の始点と終点を検出する構成にすることが可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、長距離の運転が可能で輸送効率の高い搬送システムを提供することができる。

【出願人】	【識別番号】０００２０１４７８【氏名又は名称】前田建設工業株式会社【住所又は居所】東京都千代田区富士見２丁目１０番２６号【識別番号】５９１２６７３５０【氏名又は名称】トモエ電機工業株式会社【住所又は居所】東京都品川区南大井６丁目２８番６号
【出願日】	平成１４年３月２６日（２００２．３．２６）
【代理人】	【識別番号】１０００８４０３２【弁理士】【氏名又は名称】三品岩男（外２名）
【公開番号】	特開２００３－２８４２０１（Ｐ２００３－２８４２０１Ａ）
【公開日】	平成１５年１０月３日（２００３．１０．３）
【出願番号】	特願２００２－８６３８３（Ｐ２００２－８６３８３）