特開 2023-165291 貨物コンテナおよび貨物コンテナ管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023165291

(43)【公開日】2023-11-15

(54)【発明の名称】貨物コンテナおよび貨物コンテナ管理システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/10 20160101AFI20231108BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231108BHJP

   B65D 88/12 20060101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

H02J50/10

H02J7/00 301D

B65D88/12 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022076151

(22)【出願日】2022-05-02

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 公益社団法人応用物理学会東北支部，２０２１年（令和３年）応用物理学会東北支部第７６回学術講演会予稿集，第９２頁～第９３頁，令和３年１１月２５日 ２０２１年（令和３年）応用物理学会東北支部第７６回学術講演会，令和３年１２月３日

(71)【出願人】

【識別番号】000107804

【氏名又は名称】スミダコーポレーション株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504165591

【氏名又は名称】国立大学法人岩手大学

(74)【代理人】

【識別番号】100114971

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 修

(72)【発明者】

【氏名】金子 卓樹

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 正樹

(72)【発明者】

【氏名】デトモド ティタポーン

(72)【発明者】

【氏名】寺尾 健治

(72)【発明者】

【氏名】大坊 真洋

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 旭飛

【テーマコード（参考）】

3E170

5G503

【Ｆターム（参考）】

3E170AA21

3E170CA10

3E170CB10

3E170CC02

3E170VA16

3E170VA20

3E170WE01

3E170WE02

3E170WE03

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB03

5G503GB08

(57)【要約】

【課題】 貨物コンテナへの給電を安定的にかつ継続的に非接触で可能にする。
【解決手段】 貨物コンテナ１において、ベクトルポテンシャルコイル１１は、鉄道のトロリー線４またはレール５を導通する交流電流により発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受しそのベクトルポテンシャルによって誘起する電流を導通させ、電源装置１４は、そのベクトルポテンシャルコイル１１に誘起される電流に基づいて電子機器に電力供給する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道によって輸送される貨物コンテナにおいて、
電子機器と、
前記鉄道のトロリー線またはレールを導通する交流電流により発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受し前記ベクトルポテンシャルによる電圧差から生じられた電流を導通させるベクトルポテンシャルコイルと、
前記ベクトルポテンシャルコイルに誘起される電流に基づいて前記電子機器に電力供給する電源装置と、
を備えることを特徴とする貨物コンテナ。

【請求項2】

当該貨物コンテナは、磁気遮蔽性を有する部材で構成され、
前記ベクトルポテンシャルコイルは、当該貨物コンテナ内に配置されていること、
を特徴とする請求項１記載の貨物コンテナ。

【請求項3】

前記ベクトルポテンシャルコイルは、当該貨物コンテナの妻壁、屋根、および床のいずれかに配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の貨物コンテナ。

【請求項4】

前記ベクトルポテンシャルコイルは、湾曲したコイル軸に沿って延びているソレノイドコイルであって、前記トロリー線が前記湾曲の内側方向に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の貨物コンテナ。

【請求項5】

前記ベクトルポテンシャルコイルの内部に配置され、前記ベクトルポテンシャルコイルのコイル軸に沿った形状の強磁性体部材をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の貨物コンテナ。

【請求項6】

前記強磁性体部材は、前記湾曲の外側に延びて閉磁路を形成することを特徴とする請求項５記載の貨物コンテナ。

【請求項7】

前記電源装置は、前記電子機器とともに、前記貨物コンテナが載置された台車の電子機器に電力供給することを特徴とする請求項１記載の貨物コンテナ。

【請求項8】

前記ベクトルポテンシャルコイルは、互いに同一のコイル軸を有する、コイル径の互いに異なる内側ソレノイドコイルおよび外側ソレノイドコイルを備え、
前記内側ソレノイドコイルの一方のコイル端と前記外側ソレノイドコイルの一方のコイル端とが電気的に接続されていること、
を特徴とする請求項１記載の貨物コンテナ。

【請求項9】

前記内側ソレノイドコイルの内部に配置され、前記コイル軸に沿った形状の強磁性体部材をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の貨物コンテナ。

【請求項10】

前記ベクトルポテンシャルコイルは、直線状のコイル軸に沿って巻回されており、また、前記コイル軸の方向に沿って、巻回方向の傾斜角が徐々に変化するように巻回されていることを特徴とする請求項１記載の貨物コンテナ。

【請求項11】

前記ベクトルポテンシャルコイルとともに共振回路を構成するキャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の貨物コンテナ。

【請求項12】

前記電子機器は、センサと、前記センサの出力に対応する信号を無線送信する無線送信装置とを備えることを特徴とする請求項１記載の貨物コンテナ。

【請求項13】

請求項１２記載の貨物コンテナと、
前記貨物コンテナが載置された台車を牽引する機関車に設置された無線受信装置とを備え、
前記無線受信装置は、前記無線送信装置により無線送信された前記信号を受信すること、
を特徴とする貨物コンテナ管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、貨物コンテナおよび貨物コンテナ管理システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ある貨物コンテナでは、当該貨物コンテナに着脱可能なスキャンセンサノードで当該貨物コンテナに積み込まれた物品の状態が検出されている（例えば特許文献１参照）。このスキャンセンサノードは、１次電池、２次電池、太陽電池などを含む電源装置を備え、当該電源装置によってこのスキャンセンサノードの内部装置への給電が行われている。

【0003】

他方、ソレノイドコイルを円環状に巻回したベクトルポテンシャルコイルを使用した交流のベクトルポテンシャルの検出装置が開発されている（例えば特許文献２参照）。また、ベクトルポテンシャルが電磁シールドを透過する特性を利用したシールド透過装置が開発されている（例えば特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－２３３５８号公報

【特許文献2】特許第６９５０９２５号明細書

【特許文献3】国際公開ＷＯ２０１５／０９９１４７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述のスキャンセンサノードにおいて、電源装置に１次電池を使用する場合には、１次電池の交換が定期的に必要になり、電源装置に２次電池を使用する場合には、２次電池の充電が定期的に必要になる。太陽電池により発電された電力で２次電池を充電することが可能ではあるが、夜間、雨季など継続的に十分な日射量が得られない場合には、当該スキャンセンサノードが継続的に動作するのは困難である。また、電源装置に２次電池を使用する場合において、充電ステーションで２次電池を充電することも考えられるが、貨物コンテナでの輸送距離が長い場合には、多くの充電ステーションを設置しなければならず、コスト高となってしまう。

【0006】

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、貨物コンテナへの給電を安定的にかつ継続的に非接触で可能にする貨物コンテナおよび貨物コンテナ管理システムを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る貨物コンテナは、鉄道によって輸送される貨物コンテナであり、電子機器と、その鉄道のトロリー線またはレールを導通する交流電流により発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受しそのベクトルポテンシャルによる電圧差から生じられた電流を導通させるベクトルポテンシャルコイルと、そのベクトルポテンシャルコイルに誘起される電流に基づいて電子機器に電力供給する電源装置とを備える。

【0008】

本発明に係る貨物コンテナ管理システムは、上記の貨物コンテナと、その貨物コンテナが載置された台車を牽引する機関車に設置された無線受信装置とを備え、無線受信装置は、無線送信装置により無線送信された信号を受信する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、貨物コンテナへの給電を安定的にかつ継続的に非接触で可能にする貨物コンテナおよび貨物コンテナ管理システムが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１に係る貨物コンテナ管理システムの構成を示す図である。

【図2】図２は、図１に示す係る貨物コンテナ管理システムの電気的構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、図１に示す貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の設置位置の一例について示す正面図である。

【図4】図４は、図１に示す貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の設置位置の他の例について示す正面図である。

【図5】図５は、実施の形態２に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１および強磁性体部材１１Ａの一例を示す正面図である。

【図6】図６は、実施の形態３に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１および強磁性体部材１１Ｂの一例を示す正面図である。

【図7】図７は、実施の形態４に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の一例を示す正面図である。

【図8】図８は、実施の形態５に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１および強磁性体部材１１Ｃの一例を示す正面図である。

【図9】図９は、実施の形態６に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１および強磁性体部材１１Ｄの一例を示す正面図である。

【図10】図１０は、実施の形態７に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の一例を示す正面図である。

【図11】図１１は、実施の形態８に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の一例を示す上面図である。

【図12】図１２は、実施の形態９に係る貨物コンテナ１における共振回路について説明する回路図である。

【図13】図１３は、実施の形態９における電源装置１４の出力電圧のシミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

【0012】

実施の形態１．

【0013】

図１は、本発明の実施の形態１に係る貨物コンテナ管理システムの構成を示す図である。図１に示す貨物コンテナ管理システムは、貨物コンテナ１、台車２、機関車３、トロリー線４（架線）、およびレール５を備える。貨物コンテナ１は、交流電化された鉄道によって輸送される貨物コンテナであり、台車２に着脱可能であるが、例えば図１に示すように、鉄道輸送時には台車２に固定される。例えば、貨物コンテナ１の躯体にはＪＲ貨物の１２フィートコンテナ、３１フィートコンテナなどの既成の貨物コンテナが使用される。なお、貨物コンテナ１のサイズは、特に限定されるものではない。また、貨物コンテナ１は、トレーラーなどで道路上を輸送されてもよいし、貨物船で海上を輸送されてもよい。機関車３は、パンタグラフをトロリー線４に接触させて、トロリー線４およびレール５を介して受電する交流電力で動作する交流モータ（図示せず）を内蔵し、交流モータの駆動力で、貨物コンテナ１が載置された台車２を牽引しつつレール５上を走行する。

【0014】

図２は、図１に示す係る貨物コンテナ管理システムの電気的構成を示すブロック図である。図１および図２に示すように、貨物コンテナ１は、ベクトルポテンシャルコイル１１、センサ１２、無線送信装置１３、および電源装置１４を備える。また、機関車３は、無線受信装置３１および制御装置３２を備える。

【0015】

ベクトルポテンシャルコイル（以下、ＶＰコイルともいう）１１は、鉄道のトロリー線４またはレール５を導通する交流電流により発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受しそのベクトルポテンシャルによって誘起する電流を導通させる。

【0016】

なお、上記実施の形態において、機関車３、および貨物コンテナ１が載置された台車２が走行しておらず停車中であっても、トロリー線４に交流電流が導通していれば、ＶＰコイル１１において上述の交流電流が誘起される。

【0017】

また、センサ１２は、当該貨物コンテナ１の状態を検出するセンサであり、ここでは、貨物コンテナ１の扉１Ａの開閉状態を検出する開閉センサである。なお、図１に示す扉１Ａはスライド式の扉であるが回動式の扉でもよい。例えば、貨物コンテナ１の躯体がＪＲ貨物の１２フィートコンテナである場合には、扉１Ａは回動式である。

【0018】

無線送信装置１３は、センサ１２の出力（つまり、当該貨物コンテナ１の状態）に対応する信号を無線送信する。無線送信装置１３は、貨物コンテナ１の内部に設置されてもよいし、貨物コンテナ１の外部（例えば妻壁上）に設置されてもよい。また、無線送信装置１３の図示せぬ送信アンテナのみを貨物コンテナ１の外部（例えば妻壁上）に設置し、無線送信装置１３の本体（回路部分など）は貨物コンテナ１の内部に設置するようにしてもよい。ここでは、無線送信装置１３は、その信号を機関車の無線受信装置３１へ無線送信する。無線受信装置３１は、その信号を受信し、制御装置３２に出力する。制御装置３２は、その信号に基づいて、貨物コンテナ１の状態を運転士に報知したり、その信号を外部へ送信したりする。なお、無線受信装置３１および制御装置３２は、パンタグラフでトロリー線４を介して供給される電力で動作する。

【0019】

ここで、無線送信装置１３および無線受信装置３１は、既存の無線通信規格（ブルートゥース（登録商標）、ＬＴＥなどの携帯電話通信、無線ＬＡＮ、ＬｏＲａなど）に準拠した送信装置および受信装置である。また、この無線送信装置１３は、例えば比較的小型の筐体に収容され、その筐体が貨物コンテナ１の所定位置（例えば妻壁上）に設置される。

【0020】

電源装置１４は、ＶＰコイル１１に誘起される電流に基づいて、当該貨物コンテナ１に設置された電子機器（ここでは、センサ１２および無線送信装置１３）に電力供給する。例えば、電源装置１４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路およびキャパシタを内蔵し、ＶＰコイル１１に誘起された交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ回路で直流電力に変換し、直流電力（電荷）をキャパシタに保持しておき、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路から出力される直流電力および／またはキャパシタに蓄積された電力を上述の電子機器に供給する。

【0021】

この実施の形態では、当該貨物コンテナ１は、磁気遮蔽性を有する部材（スチール製、ステンレス製などの屋根、妻壁、側壁など）で構成されており、ＶＰコイル１１は、当該貨物コンテナ１内に配置されている。

【0022】

図３は、図１に示す貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の設置位置の一例について示す正面図である。図４は、図１に示す貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の設置位置の他の例について示す正面図である。

【0023】

例えば図３および図４に示すように、この実施の形態では、ＶＰコイル１１は、当該貨物コンテナ１の妻壁１Ｂに配置されている。この実施の形態では、妻壁１Ｂの内側にＶＰコイル１１が設置されるが、妻壁１Ｂの外側にＶＰコイル１１を設置してもよい。

【0024】

また、ＶＰコイル１１は、例えば図３に示すように１つのコイルでもよいし、ＶＰコイル１１は、例えば図４に示すように複数のコイル（図４では３つ）でもよい。複数のＶＰコイル１１を使用する場合には、必要に応じて、複数のＶＰコイル１１は電気的に直列または並列に結線される。複数のＶＰコイル１１は、図４に示すように水平方向に配列されていてもよいし、垂直方向に配列されていてもよい。また、（例えば後述の図１２のように）電源装置１４が複数のＶＰコイル１１に対して複数のＡＣ／ＤＣコンバータ回路をそれぞれ備え、複数のＡＣ／ＤＣコンバータ回路の出力を直列または並列に接続し、直列または並列された出力で、蓄電用のキャパシタや上述の電子機器に電力供給するようにしてもよい。なお、図４では、３本のＶＰコイル１１が設けられているが、２本でも４本以上でもよい。

【0025】

さらに、この実施の形態では、ＶＰコイル１１は、例えば図３および図４に示すように、湾曲したコイル軸に沿って延びているソレノイドコイルであって、トロリー線４が、コイル軸の湾曲の内側方向に位置するように配置されている。また、トロリー線４に対する垂直面内でコイル軸（ＶＰコイル１１の巻回中心線）が延びるようにＶＰコイル１１が配置されている。ここでは、コイル軸の形状は、開曲線状とされ、ＶＰコイル１１の一端から他端までコイル軸の各位置についての、トロリー線４から見た角度が単調に増加または減少するような形状を有する。なお、例えば図４に示すように、複数のＶＰコイル１１のコイル軸が単一平面内に配置されるように複数のＶＰコイル１１が配置されている場合でも、各ＶＰコイル１１のコイル軸は、その一端から他端までコイル軸の各位置についての、トロリー線４から見た角度が単調に増加または減少するような形状を有する。

【0026】

なお、コイル軸の形状は、トロリー線４（つまり、トロリー線４を導通する交流電流）を中心とした円弧状であることが好ましく、また、コイル軸の曲率中心にトロリー線４が配置されるようにＶＰコイル１１が配置されることが好ましい。このため、コイル軸の曲率（曲率半径）は、ＶＰコイル１１の設置高さ（つまり、台車２への貨物コンテナ１の載置時のトロリー線４からＶＰコイル１１までの距離）に応じて設定されるようにしてもよい。さらに、ＶＰコイル１１は、交流電流（つまり、トロリー線４）から近い位置に配置されるのが好ましく、例えば、トロリー線４から２ｍ以下、あるいは１ｍ以下の位置にＶＰコイル１１が配置される。また、この実施の形態では、コイル軸の円弧の中心角（円弧を外周とした扇形の中心角）が１８０度以下とされる。この中心角に比例して、感受されるベクトルポテンシャルが大きくなるため、この中心角が大きいほうが好ましい。この中心角は、０度より大きく３６０度未満のいずれかの角度とされ、さらに、（ａ）０度より大きく１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｂ）０度より大きく９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｃ）０度より大きく４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｄ）０．５度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｅ）０．５度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｆ）０．５度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｅ）０．５度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｆ）０．５度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｇ）２度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｈ）２度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｉ）２度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｊ）２度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｋ）２度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｌ）５度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｍ）５度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｎ）５度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｏ）５度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｐ）５度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよい。

【0027】

なお、コイル軸の形状については円の一部である円弧が理想的な曲線であるが、製造や配置の都合上で、必ずしも円弧である必要はなく、なめらかな曲線の形状であればよく、その凹側（内側）方向にトロリー線４が配置されれば、比較的大きなベクトルポテンシャルを感受できる。

【0028】

ここで、ＶＰコイル１１に誘起する交流電流について説明する。交流電流の方向（つまり、トロリー線４の方向）に平行にベクトルポテンシャルが発生し、その交流電流（つまり、トロリー線４）からの距離に反比例して、ベクトルポテンシャルの強度は小さくなる。ベクトルポテンシャルの時間微分が、電界に比例し、その電界を巻線の経路で線積分した結果が誘導電圧になる。そのため、ＶＰコイル１１において、トロリー線４に近い部分には高い電圧が、トロリー線４から遠い部分には低い電圧が発生し、それらは同相であるので、両者の電圧差が誘導電圧となり、ＶＰコイル１１の巻数を増やせば、それに比例した電圧が発生する。したがって、トロリー線４の交流電流によるベクトルポテンシャルが時間変化することでＶＰコイル１１に交流電流が誘起する。

【0029】

また、上述の特許文献３で示されているようにベクトルポテンシャルの誘導電圧は電磁シールドによって減衰しないため、貨物コンテナ１の躯体（屋根や妻壁など）が磁気遮蔽性を有していても、トロリー線４の交流電流によるベクトルポテンシャルが時間変化することでＶＰコイル１１に交流電流が誘起する。

【0030】

ここで、数式を用いてベクトルポテンシャルに関する理論的な説明を行う。

【0031】

【数1】

【0032】

この式は、磁束Φの関係式であり、Ｂは磁束密度であり、∇×ＡはベクトルポテンシャルＡの回転である。最後の項は、ストークスの定理によるものであり、磁束をベクトルポテンシャルで表すことができる。

【0033】

【数2】

【0034】

この式は、磁束を用いたファラデーの電磁誘導を、ベクトルポテンシャルで表現したものである。ファラデーの電磁誘導は、コイルの内側にある磁束が時間変化すると、それに比例した電圧が発生するというものである。マイナスの符号は、磁束の変化を妨げる方向に電圧が発生するというレンツの法則を意味している。ここで、磁束をベクトルポテンシャルで表すと上述の磁束Φの関係式を用いて周回積分となり、周回積分は閉じた線積分である。しかし、ベクトルポテンシャルで表した場合は、積分経路は必ずしも閉じている必要はなく、線積分の積分経路の長さに応じた電圧が発生する（つまり、周回積分ではなく、角度が０からθまでの周回しない（一周しない）線積分で、その部分の電圧が与えられる）。すなわち、積分経路に開口部があっても電圧が発生する。そのため、コイルの内部に磁束がなくても、ベクトルポテンシャルが誘起されれば、電圧の誘導が可能となる。なお、θはコイル軸による円弧の中心角であり、例えばθがπの時は、出力電圧Ｖ_２が一周の時の半分になる。

【0035】

次式は、ベクトルポテンシャル収束コイルの形状パラメーターと磁性材料の特性により、トロリー線４に導通する電流からＶＰコイル１１の両端に発生する開放電圧を求める理論式である。ここで、ＶＰコイル１１は円弧状であり、トロリー線４が円弧を含む円の中心にあるものとする。

【0036】

【数3】

【0037】

ここで、Ｖ_２はＶＰコイル１１の出力電圧であり、ＮはＶＰコイル１１の巻層数であり、ｒはＶＰコイル１１の巻線コイル半径であり、ｄはＶＰコイル１１のコイル線の直径であり、ＲはＶＰコイル１１の曲げ半径であり、Ｉ_０はトロリー線４の電流振幅であり、ωは上述の交流電流の角周波数であり、μ_０は真空透磁率であり、μ_ｒｅは後述の強磁性体部材の実効比透磁率であり、θはＶＰコイル１１の円弧角度（中心角）であり（０＜θ＜３６０［ｄｅｇ］）、kは巻線隙間率であり、ｔは時間である。

【0038】

例えば、この式において、Ｎ＝２、ｒ＝０．１ｍ、ｄ＝０．００２ｍ、Ｒ＝０．５ｍ、Ｉ０＝１００Ａ、ω＝２π×１０００ｒａｄ／ｓ、μ_ｒｅ＝１００、θ＝π／４ｒａｄ、およびｋ＝０．０１の場合、ＶＰコイル１１の出力電圧Ｖ_２（振幅）は、約３１０Ｖとなる。

【0039】

また、この式において、Ｎ＝１、ｒ＝０．１ｍ、ｄ＝０．００２ｍ、Ｒ＝１ｍ、Ｉ０＝１００Ａ、ω＝２π×５０ｒａｄ／ｓ、μ_ｒｅ＝１００、θ＝π／４ｒａｄ、およびｋ＝０．０１の場合、ＶＰコイル１１の出力電圧Ｖ_２（振幅）は、約７．７Ｖとなる。

【0040】

ここで、当該ＶＰコイル１１によるベクトルポテンシャルの、電磁シールドの透過についての検証実験の結果について説明する。

【0041】

検証実験では、直線状の導体部分に５Ａおよび１０ｋＨｚの交流電流を導通させ、他の導体部分は１ｍｍ厚の鋼管で電磁シールドを施した状態で、直線状の導体部分の垂直面に平行になるようにＶＰコイル１１（中心角：約１８０度）を配置し、ＶＰコイル１１と直線状の導体部分との間に５ｍｍ厚の鉄板がある場合およびない場合について、ＶＰコイル１１の出力電力を測定した。ＶＰコイル１１に接続する負荷抵抗を１０．２Ωから５０．８Ωまで変化させた際に、４２．１～４４．１％の電力透過率（シールドなしの場合の出力電力とシールドありの場合の出力電力との比率）が確認された。このように、磁束が遮蔽されている状態でも、ベクトルポテンシャルで電力が伝達されることが確認された。

【0042】

次に、実施の形態１に係る貨物コンテナ管理システム装置の動作について説明する。

【0043】

鉄道のトロリー線４およびレール５には、機関車３に供給される交流電流Ｉ（ｔ）の他、他の機関車３や電車に供給される交流電流Ｉｏ（ｔ）が導通している。そのため、トロリー線４およびレール５には、この交流電流に基づく磁場やベクトルポテンシャルが発生している。

【0044】

そして、貨物コンテナ１がトロリー線４の下に位置するとき、トロリー線４を導通する交流電流Ｉ（ｔ），Ｉｏ（ｔ）によって、ＶＰコイル１１の設置位置に、（屋根や妻壁の存在に拘わらず）時間変化するベクトルポテンシャルが発生しており、この時間変化するベクトルポテンシャルによってＶＰコイル１１に交流電流が誘起する。

【0045】

電源装置１４は、ＶＰコイル１１に誘起した交流電流に基づく交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を、所定の定電圧で、貨物コンテナ１に内蔵される電子機器（ここでは、センサ１２および無線送信装置１３）に供給する。また、電源装置１４は、その直流電力による電荷を内蔵のキャパシタで保持し、ＶＰコイル１１から電力が得られない期間においては、キャパシタから得られる電力をその電子機器に供給する。

【0046】

この実施の形態では、無線送信装置１３は、電源装置１４により供給される電力を使用して、常時または定期的にセンサ１２の出力値を示す信号（またはその出力値に対応する信号）を無線通信で機関車３内の無線受信装置３１へ送信する。そして、無線受信装置３１は、その信号を受信すると、センサ１２の出力値を制御装置３２に出力し、制御装置３２は、そのセンサ１２の出力値に対応する各貨物コンテナ１の状態を、機関車３の運転士に報知したり、外部へ送信したりする。

【0047】

以上のように、上記実施の形態１によれば、ベクトルポテンシャルコイル１１は、鉄道のトロリー線４またはレール５を導通する交流電流により発生するベクトルポテンシャルを非接触で感受しそのベクトルポテンシャルによって誘起する電流を導通させ、電源装置１４は、そのベクトルポテンシャルコイル１１に誘起される電流に基づいて電子機器に電力供給する。

【0048】

これにより、貨物コンテナ１への給電が安定的にかつ継続的に非接触で可能となる。

【0049】

実施の形態２．

【0050】

図５は、実施の形態２に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１および強磁性体部材１１Ａの一例を示す正面図である。

【0051】

実施の形態２では、例えば図５に示すように、ＶＰコイル１１の内部に、強磁性体部材１１Ａが配置されている。この強磁性体部材１１Ａは、ＶＰコイル１１のコイル軸に沿った形状を有する。また、強磁性体部材１１Ａは、導電性のある強磁性材料（例えばパーマロイなどといった金属磁性体）の部材であり、強磁性体部材１１Ａの一方の端部１１Ａ１に、ＶＰコイル１１の一方のコイル端が電気的に接続されている。これにより、ＶＰコイル１１の他方のコイル端、およびその他方のコイル端に近接する強磁性体部材１１Ａの他方の端部から電源装置１４までの２本の配線をまとめて敷設することができ、２本の配線の敷設が簡単になる。

【0052】

具体的には、例えば、ＶＰコイル１１は、円弧状に形成された強磁性体部材１１Ａとしての強磁性体の太線の周囲に細い銅線を巻きつけることで形成されている。図５に示すように、この細い銅線の一端は、強磁性体部材１１Ａ（端部１１Ａ１）に電気的に接続され、他端は、一方の端子に接続される。そして、強磁性体部材１１Ａは、電流の戻り経路を兼ねており、他方の端子に接続される。なお、強磁性体部材１１Ａの代わりに同様の形状の常磁性体の部材を使用してもよい。強磁性体の場合の方が、実効透磁率に応じてベクトルポテンシャルが増強される。

【0053】

なお、実施の形態２に係る貨物コンテナ１のその他の構成および動作については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

【0054】

実施の形態３．

【0055】

図６は、実施の形態３に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１および強磁性体部材１１Ｂの一例を示す正面図である。

【0056】

実施の形態３では、例えば図６に示すように、ＶＰコイル１１の内部に、強磁性体部材１１Ｂが配置されている。この強磁性体部材１１Ｂは、ＶＰコイル１１のコイル軸に沿った形状を有し、さらに、ＶＰコイル１１の湾曲（ＶＰコイル１１のコイル軸の部分）の外側に延びて閉磁路を形成している。

【0057】

強磁性体部材１１Ｂは、導電性のある強磁性材料（例えばパーマロイなどといった金属磁性体）の部材であり、ＶＰコイル１１の一方のコイル端側の接続点１１Ｂ１において、ＶＰコイル１１の一方のコイル端が、強磁性体部材１１Ｂに電気的に接続されている。

【0058】

また、ＶＰコイル１１の他方のコイル端側の接続点１１Ｂ２において、引き出し線が電気的に接続されており、ＶＰコイル１１の他方のコイル端、およびその引き出し線から電源装置１４まで２本の配線をまとめて敷設することができ、２本の配線の敷設が簡単になる。

【0059】

なお、この強磁性体部材１１Ｂには、ＶＰコイル１１の湾曲の外側においてギャップ１１Ｂ３が形成されており、ギャップ１１Ｂ３によって、強磁性体部材１１Ｂにおける、ＶＰコイル１１の湾曲の外側の部分を電流が導通しないようになっている。

【0060】

また、強磁性体部材１１Ｂにおける内側部分と外側部分との移行部分は、磁束の漏洩や曲げ加工による透磁率減少の影響を小さくするために、急峻な屈曲箇所のないように、連続的に滑らかな曲線状とされることが好ましい。また、強磁性体部材１１Ｂは複数部材を連結して形成されるようにしてもよい。

【0061】

なお、実施の形態３に係る貨物コンテナ１のその他の構成および動作については実施の形態２と同様であるので、その説明を省略する。

【0062】

実施の形態４．

【0063】

図７は、実施の形態４に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の一例を示す正面図である。

【0064】

実施の形態４では、例えば図７に示すように、ＶＰコイル１１は、互いに同一のコイル軸を有する、コイル径の互いに異なる内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２を備え、内側ソレノイドコイル１１－１の一方のコイル端と外側ソレノイドコイル１１－２の一方のコイル端とが電気的に接続されている。内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２は、それぞれ１本のＶＰコイルとして機能するものであり、したがって、実施の形態４のＶＰコイル１１は、電気的には、２本のＶＰコイルを同相で直列接続した構成となっている。なお、内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２は、内側ソレノイドコイル１１－１によって発生するベクトルポテンシャルおよび磁界と外側ソレノイドコイル１１－２によって発生するベクトルポテンシャルおよび磁界とがそれぞれ同一方向となるように巻回され接続されている。

【0065】

したがって、内側ソレノイドコイル１１－１の他方のコイル端および外側ソレノイドコイル１１－２の他方のコイル端から電源装置１４まで２本の配線をまとめて敷設することができ、２本の配線の敷設が簡単になる。

【0066】

なお、実施の形態４に係る貨物コンテナ１のその他の構成および動作については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

【0067】

実施の形態５．

【0068】

図８は、実施の形態５に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１および強磁性体部材１１Ｃの一例を示す正面図である。

【0069】

実施の形態５では、例えば図８に示すように、ＶＰコイル１１は、実施の形態４と同様の内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２を備える。さらに、実施の形態５では、例えば図８に示すように、ＶＰコイル１１（内側ソレノイドコイル１１－１）の内部に、強磁性体部材１１Ｃが配置されている。この強磁性体部材１１Ｃは、上述の強磁性体部材１１Ａと同様のものである。ただし、ＶＰコイル１１と強磁性体部材１１Ｃとは電気的に接続されておらず、強磁性体部材１１Ｃは、導電性を有していなくてもよい。

【0070】

なお、実施の形態５に係る貨物コンテナ１のその他の構成および動作については実施の形態４と同様であるので、その説明を省略する。

【0071】

実施の形態６．

【0072】

図９は、実施の形態６に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１および強磁性体部材１１Ｄの一例を示す正面図である。

【0073】

実施の形態６では、例えば図９に示すように、ＶＰコイル１１は、実施の形態４と同様の内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２を備える。さらに、実施の形態６では、例えば図９に示すように、ＶＰコイル１１（内側ソレノイドコイル１１－１）の内部に、強磁性体部材１１Ｄが配置されている。この強磁性体部材１１Ｄは、ＶＰコイル１１のコイル軸に沿った形状を有し、さらに、ＶＰコイル１１の湾曲（ＶＰコイル１１のコイル軸の部分）の外側に延びて閉磁路を形成している。なお、ＶＰコイル１１と強磁性体部材１１Ｄとは、電気的に接続されておらず、上述のようなギャップを設ける必要はない。また、強磁性体部材１１Ｄは、導電性を有していなくてもよい。

【0074】

なお、実施の形態６に係る貨物コンテナ１のその他の構成および動作については実施の形態５と同様であるので、その説明を省略する。

【0075】

実施の形態７．

【0076】

図１０は、実施の形態７に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の一例を示す正面図である。

【0077】

実施の形態７では、例えば図１０に示すように、ＶＰコイル１１は、直線状のコイル軸に沿って巻回されているが、コイル軸の方向に沿って、巻回方向の傾斜角（コイル軸方向と巻回方向とのなす角度）Ａ０～Ａ５が徐々に変化するように巻回されている。具体的には、ＶＰコイル１１の中心の傾斜角が９０度となっており、中心から離れるほど、傾斜角が小さくなっている（Ａ０＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３＞Ａ４＞Ａ５）。これにより、湾曲したＶＰコイル１１と同様に効率的に上述のベクトルポテンシャルを感受できる。

【0078】

なお、実施の形態７に係る貨物コンテナ１のその他の構成および動作については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

【0079】

実施の形態８．

【0080】

図１１は、実施の形態８に係る貨物コンテナ１におけるベクトルポテンシャルコイル１１の一例を示す上面図である。

【0081】

実施の形態８では、例えば図１１に示すように、ＶＰコイル１１は、直線状のコイル軸に沿って巻回されており、貨物コンテナ１の屋根１Ｃ（屋根１Ｃの内側または外側）に配置されている。なお、この実施の形態では、複数のＶＰコイル１１が配置されており、この複数のＶＰコイル１１は電気的に直列または並列に結線される。また、（例えば後述の図１２のように）電源装置１４が複数のＶＰコイル１１に対して複数のＡＣ／ＤＣコンバータ回路をそれぞれ備え、複数のＡＣ／ＤＣコンバータ回路の出力を直列または並列に接続し、直列または並列された出力で、蓄電用のキャパシタや上述の電子機器に電力供給するようにしてもよい。なお、図１１では、４つのＶＰコイル１１が設けられているが、１本～３本のいずれかでもよく、５本以上でもよい。

【0082】

トロリー線４に対する垂直面において、屋根１Ｃに沿ってコイル軸が延びるように各ＶＰコイル１１が配置されており、トロリー線４の方向に沿って、複数のＶＰコイル１１が配置されている。

【0083】

なお、実施の形態８に係る貨物コンテナ１のその他の構成および動作については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

【0084】

実施の形態９．

【0085】

図１２は、実施の形態９に係る貨物コンテナ１における共振回路について説明する回路図である。

【0086】

例えば図１２に示すように、実施の形態９に係る貨物コンテナ１では、ＶＰコイル１１に並列にキャパシタＣ１，Ｃ３が接続されている。なお、キャパシタＣ１，Ｃ３は、ＶＰコイル１１ごとに設けられており、図１２では、２つのＶＰコイル１１に２つのキャパシタＣ１，Ｃ３がそれぞれ接続されている。

【0087】

また、図１２に示す電源装置１４は、各ＶＰコイル１１について、全波整流回路（ダイオードＤ１～Ｄ４のダイオードブリッジおよびダイオードＤ５～Ｄ６のダイオードブリッジ）、並びに平滑用のキャパシタＣ２，Ｃ４を備える。そして、２つのＶＰコイル１１の全波整流回路および平滑用のキャパシタＣ２，Ｃ４の出力が直列に接続されており、電源装置１４の出力とされている。キャパシタＣ５は蓄電用のキャパシタであって、キャパシタＣ５にはスーパーキャパシタなどが使用される。電源装置１４の出力電圧は負荷Ｚに印加される。ここでは、負荷Ｚは、上述の電子機器である。なお、ここでは、ＶＰコイル１１が２個であるが、１個または３個以上でもよく、直列接続する段数が増えるほど高電圧が得られる。なお、上述の全波整流回路は、より低電圧でも動作する能動型のＦＥＴブリッジでもよい。

【0088】

ここで、出力電圧のシミュレーション結果について説明する。図１３は、実施の形態９における電源装置１４の出力電圧のシミュレーション結果を示す図である。図１３は、一次導線（トロリー線４に相当）とＶＰコイルとの結合係数が０．１であり、長さＬｅｎの一次導線（直線導体）の自己インダクタンスＬ００（＝μ０×Ｌｅｎ／８π）が５μＨであり、一次導線の交流電流の周波数が１ｋＨｚである場合の出力電圧のシミュレーション結果を示している。図１３における破線は、一段目の電圧（ダイオードＤ３，Ｄ４とダイオードＤ５，Ｄ６との接続点の電圧）の時間遷移を示しており、図１３における実線は、電源装置１４の出力電圧（つまり、二段目の電圧）の時間遷移を示している。図１３に示すように、段数に応じた直流出力電圧が得られることがわかる。

【0089】

なお、実施の形態９に係る貨物コンテナ１のその他の構成および動作については実施の形態１～８のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。

【0090】

以上のように、上記実施の形態９では、トロリー線４の交流電流の周波数と同一の共振周波数を有する、ＶＰコイル１１を含めた共振回路が設けられており、ＶＰコイル１１に導通する交流電流を大きくなる。

【0091】

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

【0092】

例えば、上記実施の形態において、電源装置１４は、上述の電子機器とともに、貨物コンテナ１が載置された台車２の電子機器に電力供給するようにしてもよい。

【0093】

また、上記実施の形態において、電源装置１４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路、２次電池、および２次電池の充電回路を内蔵し、ＶＰコイル１１に誘起された交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ回路で直流電力に変換し、充電回路で、その直流電力に基づき２次電池を充電し、その直流電力および／または２次電池に蓄積された電力を上述の電子機器に供給するようにしてもよい。

【0094】

また、上記実施の形態では、例えば図３および図４に示すように、貨物コンテナ１の前方および後方の妻壁の一方に１または複数のＶＰコイル１１が配置されているが、貨物コンテナ１の前方および後方の妻壁の両方に１または複数のＶＰコイル１１を配置してもよい。

【0095】

また、上記実施の形態において、貨物コンテナ１の躯体は、アルミやＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）で構成されていてもよく、また、貨物コンテナ１の躯体がＦＲＰである場合には、妻壁などの躯体にＶＰコイル１１を内蔵させて、躯体と一体的にＶＰコイル１１を形成してもよい。

【0096】

また、上記実施の形態において、ＶＰコイル１１は、トロリー線３の交流電流による磁束密度の変化を感受して交流電流を誘起するようにしてもよい。

【0097】

また、上記実施の形態では、ＶＰコイル１１は湾曲内側方向にトロリー線４が位置するように配置されているが、その代わりに、ＶＰコイル１１の湾曲内側方向にレール５が位置するようにＶＰコイル１１が配置されるようにしてもよい。

【0098】

また、上記実施の形態では、ＶＰコイル１１は妻壁または屋根に配置されているが、その代わりに、床に配置されていてもよい。例えば、ＶＰコイル１１が湾曲内側方向にレール５が位置するように配置されるようにして床に配置されるようにしてもよい。

【0099】

また、上記実施の形態４，５では、ＶＰコイル１１が、径方向において、内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２の２層構造となっているが、層数が偶数であれば、４層以上の層数でもよい。その場合、すべての層のソレノイドコイル１１－ｉが電気的に直列接続されるように、ソレノイドコイル１１－ｉのいずれかの端部で次層のソレノイドコイル１１－（ｉ＋１）に接続される。

【0100】

また、上記実施の形態において、無線送信装置１３は、上述の無線送信によって、センサ１２の出力とともに、当該無線送信装置１３が設置されている貨物コンテナ１に固有なコンテナＩＤを無線受信装置３１に通知するようにし、無線受信装置３１は、センサ１２の出力およびコンテナＩＤの通知を受信すると、制御装置３２に出力し、制御装置３２は、コンテナＩＤに基づき、複数の貨物コンテナ１の状態をそれぞれ個別的に監視するようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0101】

本発明は、例えば、着脱可能な貨物コンテナへの給電に適用可能である。

【符号の説明】

【0102】

１ 貨物コンテナ
１Ｂ 妻壁
１Ｃ 屋根
２ 台車
３ 機関車
４ トロリー線
５ レール
１１ ベクトルポテンシャルコイル
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 強磁性体部材
１２ センサ
１３ 無線送信装置
１４ 電源装置
３１ 無線受信装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】