CN1090538A - 高速低噪声受电设备及有关受电的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种适用于高速铁路车辆的低噪声受电 器20，包括电流接收部件21、驱动其的驱动缸32和 支撑绝缘体30、电缆头50，后者用于以支撑用与驱 动系统相并置的绝缘器所覆盖的导体53，将电流传 送至负载侧，整个受电器20可升可降，在不用时被收 入容纳拱顶之中。还提供了用于这种铁路车辆的受 电的方法。

Description

本发明涉及用于铁路车辆的一种受电设备及一种关于受电的方法，更具体地说，涉及适用于高速铁路车辆的受电设备和有关受电的方法。

由高速铁路车辆的高速度而引起的气动噪声随着车辆速度的增加而迅速增加，因为噪声大约与车辆速度的八次方成正比地增加。此外，还认为人们在将来将变得更加关心环境保护。因此，人们要求为高速行驶的车辆（如，超过270公里/小时），开发低噪声受电设备。

一种低噪声受电设备是在一篇题目为“Speeding    up    SHINKANSEN”（Nikkei    mechanical，1992年4月出版，22页至40至页）的文章中提出的。下文是这篇报告中（特别在27页上）的描述。

为了降低噪声，希望作为受电部件的接触板条具有流线形状。考虑到流线形部件与支承该部件的支杆是联成一体的，从而会产生升举力。该升举力或者导致该接触板条脱离架空线，或者以过大的力接触该架空线而割断该架空线。在提供取决于车辆行驶方向的两种受电设备的情况下，在折回站进行从一种到另一种的切换。该受电设备是T形的并由大尺寸的部件形成，以便降低产生的频率。

为了便于考虑上述这些事实，在该文的图5中表示了T形受电设备的视图。这种受电设备由一个带有细小运动弹簧的支承接触板条的部件、一个通过复位弹簧升降该部件的气缸、和一个支承该气缸的绝缘体组成。

另外，传统的导电弓型受电设备由一个具有接触板条的导电弓、一个用于升降该导电弓的气缸、四个支承和绝缘用于安装该导电弓和该气缸的固定底座的绝缘体，及一根安装在该车辆车顶上的导电电缆组成。向该气缸供给压缩空气是由穿过该绝缘体安装的管子实现的。

另外，为降低噪声而用的高速铁路车辆受电设备的其它结构，也在日本专利申请公布No.5-49103（1993）和日本专利申请公布No.5-49104（1993）中做了描述。

用于高速铁路机车车辆的受电设备，上文中提出的T形受电设备，及在上述日本专利申请公布中提出的用于高速铁路车辆的受电设备就是为了解决伴随高速行驶而产生的问题。然而，因为导电弓的功能（（1）对架空线的接触跟随功能和（2）把接受到的电力导向该车辆的导电功能）试图象传统导电弓一样利用唯一的一种结构来实现，就难以满足由增加车辆速度引起的噪声的有关响应架空线跟随及降低噪声的高级要求。

例如，该T形受电设备在跟随问题上存在缺点。首先，用于升降的气缸位于比支承绝缘体近的接触板条侧。因此，所述并降缸不得不使用气动缸。尽管从控制反应的观点来看，对高速车辆最好采用油液-液压缸，但油液一液压缸不能用在该设备中。

另外，该升降缸具有保持它对架空线的接触压力不变的控制系统，因而需要有用于测量该接触压力的装置（如测压仪）以便用作控制输入。安装接触压力测量装置的位置在比该升降缸近的接触板条侧。由于该位置在高电压区域部分中，要求有抗绝缘的措施。

另外，尽管该受电设备是一种用于受电的东西，但该文根本没有公开其导电系统。

并且认为该气缸在折回站切换时，用来升降受电设备。在这种情况下，由于把不用的受电设备伸出，降低噪声的作用可能不足。

人们认为前面的日本专利申请公开中描述的受电设备也有相同的问题。

本发明的目在在于提供适用于高速铁路车辆的一种受电设备和一种用于受电的方法，该设备可控制性优良，对架空线跟随响应性也很好。

本发明的另一目的是提供适用于高速铁路车辆的一种受电设备和一种用于受电的方法，该设备产生的噪声低。

本发明的另一进一步的目的是提供一种受电设备和一种用于受电的方法，该设备能防止产生由不用的受电设备引起的噪声。

本发明的另一更进一步的目的是提供一种具有受电设备的车辆，该车辆在高速行驶期间总能正确控制对架空线的接触压力。

通过把导电弓的功能分离为对架空线的跟随功能和用于接受电力的导电功能而使该受电设备实现每一个功能，能达到本发明的目的。换句话说，本发明的目的能通过提供一种受电设备来实现，该设备包括一个受电部件、一个移动所述部件的驱动系统、一个连接所述受电部件与所述驱动系统的绝缘元件，及一个与所述驱动系统并列和用绝缘物覆盖其外表面以便接收由所述的受电部件收集到的电流并把该电流导向负载侧的导电元件。

本发明的另一目的的能通过提供一种受电设备而实现，该设备含有一个受电部件、一个移动所述受电部件的驱动系统、一个引导由所述部件接收到的电流的导电元件、一个安装在所述驱动系统和所述导电元件上的固定基座。一套用于绕水平轴转动所述固定基座的转动装置，以及一个装在该车辆车顶上以便容纳用于转动和容纳所述驱动系统和所述受电系统的所述转动装置的容纳部件。

按照本发明，具有受电功能的结构部分重量轻、尺寸小并能改善跟随架空线的控制特性，因为具有受电功能的、由该受件部件和该驱动系统组成的该结构部分是与具有电力电流传导功能的结构部分分开安装的，从而有利于能够足够地保持受电功能。

此外，车辆行驶期间噪声的产生能受到抑制，这是因为在该车辆的车顶上装有容纳系统，在该系统内始终容纳有驱动系统，而当具有受电功能的结构部分及具有导电功能的结构部分不用时还容纳有这两部分。

图1是表示应用本发明的高速车辆的外观的侧视图。

图2是当该受电设备处在受电状态时图1中车辆的轴测图。

图3是根据本发明的一个实施例的受电设备和容纳拱顶的俯视图。

图4是根据本发明的一个实施例的受电设备和容纳拱顶的纵向剖视图。

图5是取自图4中Ⅰ-Ⅰ线平面的横向视图。

图6表示图3中受电设备细节的主要部分的纵面剖视图。

图7是表示图3中受电设备的驱动系统的侧视图。

图8是图6中受电设备的俯视图。

图9是图6中受电设备的前视图。

图10是取自图6中Ⅱ-Ⅱ线平面的受电设备的剖视图。

图11是取自图10中Ⅲ-Ⅲ线平面的受电设备的剖视图。

图12是取自图10中Ⅳ-Ⅳ线平面的设备的剖视图。

图13是表示容纳拱顶中的活门系统的操作的俯视图。

图14是表示容纳拱顶中的活门系统的操作的俯视图。

图15是表示活门系统的主要部分的纵向剖视图。

图16是表示另一活门系统的主要部分的纵向剖视图。

图17是容纳拱顶放大的侧视图。

图18是说明把受电设备装入容纳拱顶的操作的视图。

图19是说明把受电设备装入容纳拱顶的操作的视图。

图20是表示把受电设备装入容纳拱顶的状态的外观的轴测图。

图21是表示用于绝缘的支承绝缘体和用于导电的导电元件，及空气流动与轮廓间关系的水平剖视图。

图22是表示受电零件与用于绝缘的支承绝缘体间的位置关系的纵向剖视图。

图23是表示使用本发明的一列车辆中的电气布线实例的电路图。

图24是图23中的高压单元盒的纵向剖视图。

图25是表示图23中控制系统的结构的方块图。

图26是表示该受电设备的控制指令的流程图。

图27是表示该受电设备的反偏指令的操作程序的流程图。

图28是表示该受电设备的升起指令的操作程序的流程图。

图29是表示用于该受电设备的油液-液压驱动系统的结构的方块图。

图30是表示用于该受电设备的上拉力控制系统的结构的方块图。

图31是表示受电器驱动系统的方块图。

图32是表示容纳系统结构的方块图。

图33是根据本发明的另一实施例的受电设备的纵向剖视图。

图34是表示把本发明用于第三铁轨类型的供电系统的结构实例的视图。

图35是表示根据本发明的受电设备和容纳拱顶的另一个实施例的俯视图。

图36是表示取自图35中Ⅴ-Ⅴ线平面的横剖面视图。

图37是表示图35中Ⅵ-Ⅵ线平面的横剖面视图。

图38是表示图35中的该受电设备的容纳后状态的视图。

图39是表示受电设备的另一实施例的视图。

图40是表示根据本发明的受电设备的一个实施例的轴测图。

图41是绕按照本发明的受电设备流动的说明性视图。

图42是绕传统的流线形受电设备流动的说明性视图。

图43是表示按照本发明的在受电设备的受电器头表面上的侧向压力分布曲线图。

图44是表示传统的流线形受电设备的受电器头表面上的侧向压力分布曲线图。

图45是表示按照本发明的低噪声受电器头和支撑柱的实施例的形状的视图。

图46是关于表示按照本发明的受电设备噪声降低效果的风洞实验结果的曲线图。

图47是表示按照本发明的受电设备的另一实施例的轴测图。

图48是表示按照本发明的受电设备的另一实施例的横剖面。

图49是表示按照本发明的受电设备的另一实施例的轴测图。

图50是表示按照本发明的受电设备的另一实施例的视图。

图51是关于表示按照本发明的实施例效果的风洞实验结果的曲线图。

下面对最佳实施例进行详细描述。

〔实施例1〕

根据本发明的第一实施例将在以下详细描述，参照图1至图32。

图1表示使用本发明的高速车辆的外观。为了降低噪声，车体2的外表面形成光滑表面，并且车架也盖有罩板2C。受电器20的底半部位于由容纳拱顶包围的位置。如用于绝缘的支撑绝缘体、用于导电的电缆头、受电器头等之类的受电系统的主要部件，在接受电流时从该容纳拱顶4的中心伸出并与架空线接触。该容纳拱顶4的外表面为流线形以便减少气动阻力。在该容纳拱顶内有一个底板3、一根高压电缆5、一个高压接线器6、一个升起和放平该受电器20用的缸以及杆8。

对于这种车辆，一般该架空线中使用的电压为交流25KV，电流为200A并且周波为50-60Hz。为了对这种高电压保持绝缘距离和蠕变距离，必须使用一个非常高的受电器20和一具有许多折叠的绝缘体。当车辆高速行驶时，这种绝缘体引起行驶阻力并成为一个巨大的噪声源。因此，当不处在受电状态时，根据本发明的受电器20装在容纳拱顶4的内部。

图2表示该受电器20在受电状态并升到该容纳拱顶4的中心附近的状态。在受电状态的受电器和容纳拱顶4之间的间隙，和用于该容器的开口是由活门系统9完全关闭的。

图3至图7表示使用本发明的受电器20和容纳拱顶4的详细视图。

因为该受电器不由传统导电弓具有的折叠结构操作，所以该受电器20作为受电器头32、绝缘的支撑绝缘件30、上下驱动的驱动杆31、缸32及导电的电缆头50的一个单元，由转动系统40绕着水平轴线转动，并当该受电器20不处在受电状态时被装入该容纳拱顶4中。于是，车辆行驶期间的气动阻力和噪声能被降低。

该受电器20的收拢和架起是由用于开起和放平的缸7和用于升起和放平的杆8的升起和由绕转动系统40的轴线40A的转动的来实现的。顺便说一句，该转动系统40由固定部件41支撑，该部件安装在车体2上的基板3上。

当该受电器20升起或放平时，活门系统9由用于活门的缸42和用于活门的杆43的操作来打开。当该受电器20正在接受电流或被装在容纳拱顶中时，活门系统9关闭。这些操作由分开安装的程序装置或计算机的控制完成。其详情将在以后描述。

高压柔性电缆44疲劳严重并要求定时更换，因为它每当该受电器20每次被收拢和架起时移动频繁。因此，高压接线器6装在柔性电缆44和车体2内隐蔽电缆5之间，这样使更换高压柔性电缆44较为容易。

从活门110、120、130、140之间的缝隙，或绝缘体30或绝缘部件50和活门130之间的缝隙进入容纳拱顶4的水，通过容纳拱顶4的底部两侧壁上提供的排水孔46，流出到该车辆的车顶上。因为车体2的车顶为向上凸出的弧形。如图5所示，所以通过该容纳拱顶4的两侧壁上的排水孔46容易实现排水。

如图6至9所示，用于接受电流的接触板条21嵌在有△-翼形的受电器头22的顶部，并由接触板条压缩弹簧23和由将在以后描述的驱动系统推向架空线1。该受电器头22用螺栓被固定在用于绝缘的支撑绝缘体30的顶部，而用于绝缘的该支撑绝缘体30被固定在位于下面的并从驱动缸32伸出的驱动杆31上。数33是一个测力计，用来测量该驱动杆31和绝缘的支撑绝缘体30之间的作用力，这就是举高该受电器头22的作用力。该驱动杆31借助于由单独安装的液压增压装置产生的液压力举起，这种安装方式旨在使电流接触板条21对架空线1的接触压力被控制成最佳。

该受电器头22从上边看时差不多为三角翼形如，图8所示。在该受电器头22的宽度方向的两端都向下弯曲。在这些部位有固定在该翼的上表面上的接触板条21a。这些接触板条由比该翼硬的材料制造（比如象钢，紫铜，黄铜）。这些零件是缓冲板条，当架空线达到该翼端部分并且该受电器头22与架空线1接触时使该受电器头22免受磨损。该接触板条21a要这样用螺栓固定在该受电器头22上，使该板条具有与该受电器头相同的电势以防止打火花。该螺栓位于该接触板条中的空心部件内以便减少表面上的伸出部件。在该接触板条21a与该受电器头22之间没有弹簧23。

接触板条21和21a电气连接到导线51a上。当该受电器头22用象玻璃纤维增强塑料之类的不导电材料制造时，在该接触板条21和21a与导线51a之间装有导电部件。

绝缘用的支撑绝缘体30和受电器头22的连接部分的外表面为弧形。因此，减少了在所述部分气动噪声的产生。

受电器头22的纵向截面为流线形，其高度随着向后去而逐渐减少，如图6所示。受电器头22的材料为铝，这是为了减少其重量。受电器头22可以主要由树脂形成，其形面覆盖有GFRP（玻璃纤维增强塑料）或CFRP（碳纤维增强塑料）。

用于驱动缸32的驱动杆31与用于绝缘的支承绝缘体30的底部通过测力计的单元33连接。用于绝缘的支承绝缘体30和驱动杆31，通过使用顶部和底部法兰连接到用于测力计的单元33上。用于绝缘的支撑绝缘体30的底部为圆柱形，并且该支撑绝缘体30的直径与缸32的缸筒部分直径是相同的。这部分用套筒59罩住。套筒59沿纵向切成两半，使用平沉头螺钉从径向向外把这两半固定在用于绝缘的支撑绝缘体30的圆柱部分上和缸32和缸筒部分上。套筒51的长度大于驱动杆31的行程。套筒59的上端的棱边为圆角。驱动杆31是一根用油液-液压压力驱动的杆。数字130指示罩住，套筒59周围的活门，该活门将在以后描述。

用于电流导向的、上述的电缆头50具有导电元件53沿轴线方向贯穿绝缘体52的中心的结构。导电部件53的顶端从该绝缘部分伸出，并具有用螺栓固定的从侧向伸出的撑臂。如熟知的那样可以在该部分加上一个保护帽来代替这个撑臂。高压柔性电缆44连接在导电部件53的底端。用于导电的电缆头50的外径向顶部逐渐减小，并且电缆头50起高压绝缘器的作用。

导电元件53的顶端上的撑臂和受电器头22是用柔性编织的导线51连接的。导电部件51用螺栓和螺母固定。导线51由一根编织的电线形成，这样受电器头22可以容易地相对于导电的电缆头50上下移动，并且导线51至少在它的一部分中有一个U形弯曲。电缆中的该U形弯曲，甚至在导线51的两固定端之间的距离小时，也能使上下移动容易。用于导电的电缆头50位于用于绝缘的支撑绝缘体30的背后，并且导线51与受电器头22和导电元件53的连接位置也位于用于绝缘的支撑绝缘体30的背后。

在用于导电的电缆头50中的绝缘体在其表面具有不平部分而且其底部52为圆柱形，如图10至图12中所示。圆柱52的底部用螺栓从上边固定在基座55上。其座55和缸32的缸筒部分按单一的单元结构成形。在基座55的侧表面有一个开口（55a）（在行驶方向背侧），这样高压柔性电缆44的连接部分可以从侧向插到绝缘体52底部。在用于导电的电缆头50的底部和在基座55的顶部具有法兰，这两个法兰用许多螺栓连接在一起。

在基座55的两侧有用于升起和放平缸7的连接部分，导电用的电缆头50与高压柔性电缆44的连接部分贯穿基座55的空心空间。用于升起和放平的缸7的延伸方向在车辆的纵向。高压柔性电缆44位于用于升起和放平的两个缸7和7之间。高压柔性电缆44通过接线器6连接到电缆5上。高压柔性电缆44比电缆5柔软。因为接线器6具有这样的结构，所以接线器6与高压柔性电缆44的连接和脱开能相当容易地进行。

现在返回到图6和图7，象驱动缸32、接线器6，用于升起和放平的缸7之类的部件通过固定件41安装在基板3上。基板3用螺栓固定在由车辆的车顶本身形成的底座上。在高压柔性电缆下面的基板3中有一个切口部分，以便使高压柔性电缆44的弯曲空间较大，并使高压柔性电缆在绝缘用的支撑绝缘体30转动时容易弯曲。

采用这种结构时，驱动杆31的操作不会影响高压柔性电缆44。驱动杆31具有以希望的压力受电接触板条21推向架空线1的功能，并以相当高的频率上下运动。虽然高压柔性电缆44由于升起和放平用的缸7的操作而被弯曲，但其弯曲状态大体上发生在返回操作时并且弯曲频率极低。因此，能使电缆获得长的磨损寿命。测力计33能测量与架空线1的接触压力。

由于在驱动杆31和受电器头22之间有用于绝缘的支撑绝缘体30，驱动杆31没有加上高压。因此，油液-液压型方法可以用于驱动缸32，这就改善了控制信号的响应特性。

同样，由于测力计33（压力传感器）也安装在不施加高压的位置，所以能获得精确的控制输入。

由于套筒59位于用于绝缘的绝缘体30的底端，而且绝缘用的绝缘体30与容纳拱顶4之间的间隙能制得很小，所以即使绝缘用的支撑绝缘体底端的杆31的直径很小，也能防止雨、雪或空气流入套筒59。因此，支撑绝缘体30的底端折叠下面的长度能制得短些。

顺便说一句，在绝缘用的支撑绝缘体30底端的圆柱长度比驱杆31的行程长时，可以取消套筒59。

如图13和图14中所示，在受电器20贯穿的部分中有活门110、120、130和140，这些活门通常关闭该开口。活门110是关闭受电器头22穿过的开口的活门，是以一块平板形成的。活门120和120是盖住绝缘用的绝缘体30穿过的开口的活门，它们在车辆的宽度方向分成两部分以便用一对活盖型活门关闭一个开口。活门130和130是滑动型活门以便盖住绝缘体30和52在直立升起状态下的开口，并在车辆的宽度方向分成两部分以便用一对活门关闭一个开口。当活门130和130关闭该开口时，打开两个圆孔以便让套筒59和绝缘体30和52穿过。活门140是一扇滑动型活门以便当受电器20装入容纳拱顶4时关闭那个由活门140和140关闭的同一开口。此时，活门130和130没有关闭该开口。

参照图14至图16，下面将描述活门110的驱动机构的结构。如图15中所示的活门110是滑动型的，并沿着车辆的纵向滑动。在由活门110关闭的开口110a的两侧都在车辆的宽度方向上有支撑活门110两侧端的导轨115。活门110的两侧是通过四个滚子112由导轨115支撑的。导轨115导向滚子112的顶部、底部和侧面。活门110在开口打开时，位于容纳拱顶4的相反侧，而在开口关闭时装入开口中。换句话说，当开口关闭时，活门110的上表面与容纳拱顶4的上表面大体形成同一表面。导轨115具有这样的弯曲以致于使活门110如上所述地运动。用于上下驱动的缸42安装在基板3上。

活门120由以铰链122作为旋转轴的旋转来打开和关闭，如图16中所示。缸129安装在基板3上。

活门130与活门110一样也是滑动型的。用于活门130的导轨135没有安装在开口侧。这样做的原因是为了防止与活门140交叉。因此，关闭开口的活门部分也没有导向滚子。为了把导向滚子放到活门130上，活门130具有这样的形状以致于当开口打开时活门向行驶方向的相反侧大量地延伸。缸139安装在基板3上。用于活门130的其余结构与用于活门110的结构相同。

在图15和图16中，在容纳拱顶4的活门110和120的周围提供有加热器47和48。如有必要，加热器可以装在活门120相互接触的部分。其它活门130和140也具有加热器（图中没表示）。若在冬季它们被冻住，则给加热器供电而化掉冰之后再打开活门110、120、130和140，这样受电器20就容易被升起和放平。

活门140与洗门110一样也是滑动型的。用于活门140的导轨145没有安装在开口侧。这样做的原因是为了防止与活门130交叉。因此，关闭开口的活门部分也没有导向滚子。为了把导向滚子放到活门140上，活门140具有这样的形状以致于当开口打开时活门向行驶的相反侧大量地延伸。缸149安状在基板3上。用于活门140的其它结构与用于活门110的结构相同。

如图17中所示，容纳拱顶4分为三部分：4A、4B和4C。容纳拱顶4A部分是从用于活门130的导轨135至用于活门110的导轨115的区域。在容纳拱顶侧表面的适当位置容纳拱顶4具有检查孔4Aa，4Bb，4Cc，用来检查、装配和更换容纳拱顶4中装置的部件。

如图18至图20所示，从容纳拱顶4向上伸出的受电器20，利用驱动升起和放平用的缸7而装在容纳拱顶4中。首先，稍微拉下（大约100mm）受电器头22以便脱离架空线1，如图18中所示。其次，如图19中所示，打开活门9，再把受电器20放平以装入容纳拱顶4中，然后最终关闭活门9。

受电器20装在容纳拱顶4的状态，如图15所示，所有的开口由活门系统9关闭，容纳拱顶4的外表面为光滑的流线形，在高速行驶期间几乎不生产行驶阻力或噪声源。

下面是根据本发明的实施例的详细尺寸的一个例子。

容纳拱顶的高度    HD＝700mm

容纳拱顶的总长度    L＝9300mm

（上文参照图4）

容纳拱顶的底部宽度    WDL＝2500mm

容纳拱顶的顶部宽度    WDH＝1800mm

（上文参照图5）

用于绝缘的绝缘体高度    HG＝500mm

用于导电的电缆头高度    HC＝430mm

受电器头的前部高度    TA＝130mm

行驶方向上受电器头的长度    LA＝600mm

在用于导电的电缆头顶部和架空线之间的距离    TB＝290mm

（上文参照图7）

当驱动缸32的可动行程大约为300mm时，能得到足以容纳驱动缸32、接线器6、用于升起和放平的缸7等的空间。

下面将描述装配程序。由受电器头22和具有绝缘用的支撑绝缘体30的驱动缸32组成的受电器20、用于升起和放平的缸7、高压柔性电缆44和接线器6安装在基板3上。受电器20处于装在容纳拱顶4中的状态（图14）。此时，驱动杆31处于其长度缩为最短的状态。受电器头22的顶部置于安装在基板3上的缓冲基座（图中没表示）上。然后缸42、129、129、139、139、149置于基板3中。

装配的东西安装在车辆的车顶2上并用螺栓把基板3固定到车顶上。在这种条件下，受电器20可以容纳状态。在这种条件下，缸42、129、129、139、139、149也可以装入。

下一步，连接接线器6和电缆5。并把用于驱动液体的管子连接到缸7、32、42、129、129、139、139、149之中的一个。其余工作就是把信号线连接到传感器。

然后用螺栓把容纳拱顶4A安状固定到车顶2上。预先已经把活门110、120、120、130、130、140装到容纳拱顶4A上。缸42、129、129、139、139、149和活门110、120、120、130、130、140由通过检查孔的工作来连接。

下一步，把容纳拱顶4B和4C的端部安装在车顶上并固定在车顶2和容纳拱顶4B上。拱顶的相互连接部分具有重迭的结构。

高压柔性电缆44或用于导电的电缆头50的更换以这种方式进行，在受电器20装在容纳拱顶4中的条件下拆除容纳拱顶。因为基座55的开口55a朝上并且提供有接线器6，更换工作能比较容易地进行。

缸42、129、129、139、139可以水平地安装在容纳拱顶4B中。这样做时，拱顶4可以作为一个单元形成。另外，检查孔可以小型化。缸42、129、129、139、139可以容易地与活门和容纳拱顶4连接。这种装配利用把容纳拱顶翻转进行。

在容纳拱顶4中的活门130和130（套筒59穿过的地方）也以弧形直立。活门130之中的每一个都有两个半圆形开口。并且两个孔随着关闭两扇活门130和130而形成。套筒59和绝缘体52穿过这两个孔。这两个孔在其周边有橡胶缓冲垫。由于套筒59上下运动，用于套筒59的孔稍大于另一个。

图21表示用于绝缘的支撑绝缘体30（30a，30b，30c）和用于导电的电缆头50的水平剖视图，并表示气流和轮廓间的关系。

图（a）表示一种组合，此处用于绝缘的圆形支撑绝缘体30a的直径稍大于用于导电的圆形电缆头的直径（空气动力直径几乎相同），并且两者放在气流中的前后。虽然气流主要撞击放在行驶方向前边的用于绝缘的支撑绝缘体30，但是返回的空气也撞击用于导电的电缆头50而在一些情形下产生噪声。

图（b）表示一种组合，此处用于绝缘的支撑绝缘体30b的直径d₁稍大于用于导电的电缆头50的直径D₁。气流主要撞击具有大直径并入在行驶方向前边的、用于绝缘的支撑绝缘体30，而不撞击用于导电的电缆头50。这就大大地减少了噪声。

d₁＞D₁

d₁即阴影部分：绝缘体30的下凹部分

D₁外径：电缆头50的凸出部分

图（c）表示一种组合，此处用于绝缘的支撑绝缘体30c被制成具有垂直于气流的宽度且几乎为流线形，而电缆头50主动地由绝缘用的支撑绝缘体30遮住。这样做时，噪声比情形（b）减少得更多。如上所述，希望用于绝缘的支撑绝缘体30的直径或宽度大于用于导电的电缆头50的直径。顺便说一句，用于绝缘的支撑绝缘体30由环氧树脂制造。

从低噪声的观点出发确定两个绝缘体30之间的距离L。人们认为两种噪声的干涉可以降低噪声。虽然用于绝缘的支撑绝缘体30的直径从顶到底是相同的（容纳拱顶4的上方），但该直径可以改变，例如，向下增大之类的改变。这样做时，期望噪声可以降低，因为气流在竖直方向是变化的。

此外，如图22中所示，希望用于绝缘的支撑绝缘体刚好放置在受电器头22的重心G的下面，这个位置是所述受电器头22的重力作用位置，也是由撞击所述受电器头的气流引起的升力L的作用位置。在车辆行驶期间有一个升力L作用在所述的受电器头22上。当所述的受电器头22的竖直剖面形状上下对称时，在它下边的速度低于它上边的速度，因为它的下面安装有用于绝缘的支撑绝缘体30。因此，作用在所述受电器头22上的升力是向上的。当作用在受电器22上的升力位置是重心G的中心位置并且用于绝缘的所述支撑绝缘体30也是在该对应位置安装时，就没有引起该图中所示的转矩。这就意味着没有额外的力作用在绝缘用的支撑绝缘体30上。

希望所述受电器头22的重力G的中心作用位置与所述受电器头22的升力作用位置一致。在重力G的中心作用位置与升力的作用位置难以一致的情况下，需要考虑使它们尽可能地靠近。

人们认为容纳拱顶4可以导致气流向上弯。作为防止这一问题的对策，受电器头22可以倾斜以便适应气流的角度，或者可以把受器头22移到一个容纳拱顶4不引起气流角度效应的地方。在这方面，希望与车辆的速度相称地调节受器头22的角度和运动。

图23表示把本发明用于一列车辆。

在该图中，车辆2（2A～2H）如箭头所示正从右手边向左手边行驶。一般地说，用列车后部的车辆接收电流以便把受电器20放置在边界层发生较多的地方，从而减小空气动力阻力和降低噪声。因此，在该图中，升起两个在后部的受电器（20F、20H），而两个在前部的受电器（20A、20C）则装在容纳拱顶4中。

由受电器20接收的电力通过高压接线器6和高压电缆5导向高压装置箱60。在这个高压装置箱60中，装有一个接收用的真空电路断电器61和一个用于车辆的真空电路断电器62，这两者分别与用于导电的电缆头68和高压取出电缆67连接。用于接收的真空电路断电器61防止所装的且不用的受电器20免受通过高压取出电缆67由其它受电器20施加上的高压。

用于车辆的真空电路断电器62接通和切断电路以便在每一车辆上安装受电器20。以这种方式通过真空断路器62的电流用主变压器63降低电压，然后把该电流由换流器转换成三相交流电，并把它的频率和电压控制成符合车辆的速度和牵引力以驱动主电机65。驱动主电机65后的电流经过车轮和轴66返回铁轨69。在受电器20装入时，高压开关61切断来自受电器20的高电压。

图24表示在高压电气箱60中的电气布置的例子。在一个电气箱60中，装有两个真空断路器61和62和四个用于导电的电缆头68。虽然高压电气箱的内部为大气压力，但该电气箱是密封的。用于接收的真空断路器61和用于车辆的真空断路器62安装在该电气箱60的上部和底部。裸线68a用于两个真空断路器61、62和输出线68aa，68ab，68ac，68ad的绝缘体68之间的连接。本技术中熟知的真空断路器61和62由流到电磁线圈61a和62a的电流接通和切断其电路。电缆68aa用来连接高压柔性电缆44，电缆68ab用来连接主变压器63，电缆68ac和68ad用来连接其它的电气箱60。数字68A指示连接真空断路器62的过压保险丝。真空断路器61和62具有相同的规格。由于真空断路器61安装在车辆地板的下面，与该断路器安装在车顶相比能降低车辆的重心。此外，两个真空断路器61和62安装在一个电气箱60中，还可降低成本。

一列车辆中每个车辆有一个具有随动结构的控制装置84，如图25所示。由于该列车具有四个受电器20（20A、20C、30F、20H），所以控制装置84控制四套装置。一套装置由一个真空断路器61、一个驱动缸32、两个用于升起和放平的缸7、六个缸42、129、129、139、139、149组成。

有两套输入开关SW，每套开关分别安装在列车两端车辆的每个驾驶室中。一套开关由一个指令列车中的哪一个车辆为前车辆的开关9D1、一个升起所有受电器20的开关9D2，和一个把所有的受电器20装入容纳拱顶的开关9D3组成。控制装置84包括一个存储器84A、一个CPU84B和一个输入/输出接口84C。

CPU84B执行存放在存储器84A中的程序，并执行各种处理。当用于指令列车中的哪一个车辆为前车辆的开关9D1接通时，CPU84B给列车前边的两个受电器（20A、20C）输出一个放平指令（262），而给后边的两个受电器（20F、20H）输送一个升起指令（264），如图26所示。

根据所述放平指令的操作程序如图27所示。在图4的状态下，切断真空断路器（271）以防打火花。其次，驱动杆31降到最低位以便实现图18中的状态（272）。并通过使用缸42、129、129、139、139打开活门110、120、120、130、130（273）。然后，使用升起和放平用的缸7把受电器20装在容纳拱顶4中，如图19所示（274）。然后，通过使用缸42、129、129、149关闭活门110、120、120、140（275）。在这方面，由于活门120和120重叠，缸129和129的操作定时互不相同。

受电器20能够利用很小的动力来转动，因为转动受电器20是在驱动杆31把它降低到脱离架空线1后进行的。此外，降低受电器20使活门120的长度变短，也使容纳拱顶4的长度变短。

在状入受电器20的条件下，活门130上的两个开口（用于套筒59和用于绝缘体52的孔）由活门140关闭，因此可以期望降低行驶期间的噪声。另外，雨或雪的流入也能减到最小。

当图26中的步骤264给出升起受电器20的指令时，如图28中所示，活门110、120、120、140就被打开（281），再升起受电器20（282），然后关闭活门110、120、120、130、130（283）。其次，用驱动杆31升起受电器头22而接触架空线1（284）。最后，接通真空断路器61（285）。其效果与上述的相同。

可以在绝缘体30和驱动缸32之间安装连杆机构，以代替使用驱动杆31去直接上下移动绝缘体30。这样做时，驱动缸32还可以用于缸7的升起和放平。

图29至图31表示用于受电器20推力控制的受电器头驱动系统230的结构。用于控制的测力计33和位移计34插在用于绝缘的支撑绝缘体30和驱动杆31之间。来自用于控制的测力计33和位移计34的输出和来自速度信息检测器85和铁路信息检测器86的输出信息，一起引导到控制装置83，控制装置83计算对架空线1的最佳接触压力，并把电信号输送给伺服控制装置240中的伺服放大器242。伺服阀243接收来自伺服放大器242的电信号，并且该电信号控制来自油液-液压源241的液体流动，以便控制驱动油缸32和驱动杆31之间的上推力U。

下面的符号在以下的描述中使用。

f^＊：目标接触力

f_q：起升力

f：接触力

f_z：波动力信号

f＾：接触力估算信号

f_a＾：干扰抑制力估算信号

P：估算状态值矢量

A：矩阵常数

L＾：矢量常数

C：矢量常数

B：矢量常数

r：控制信号≈k₂（f^＊-f＾）-f_a＾

u：上推力

k₁＇：干扰补偿增益

k₁″：接触力增益

k₂：正常补偿增益

a₁～a₈：权函数（形成k₁＇）

a：架空线1的等效质量

b：架空线1的等效阻尼系数

m₁：接触板条21的质量

m₃：受电器头22和用于绝缘的支撑绝缘体30的质量

Y₁、Y₁＇、Y₁″：接触板条的垂直位移、垂直速度、垂直加速度

Y₃、Y₃＇、Y₃″：受电器头22和用于绝缘的支撑绝缘体30的垂直位移、垂直速度、垂直加速度

Z、Z＇、Z″、Z＇″：架空线1的不规则位移、速度、加速度、加速度率

C₁：用于推接触板条的弹簧23的阻尼系数

k₁：用于推接触板条的弹簧23的弹簧常数

ξ：阻尼比

X：状态值矢量

W：干扰矢量

D、E：矢量常数

H：矢量常数

Q：来自正常差补偿装置232的输出状态值矢量

F：标量常数

G：矢量常数

伺服控制装置240用来自控制装置83的控制信号r操作驱动油缸32和驱动杆31，以便把上推力U作用在受电器22、绝缘用的支撑绝缘体30等上。控制装置83被安装在车辆2车顶的导电弓容纳拱顶4内的接地侧（电势为零）。控制装置83给接触力观测器装置233输入一个波动力信号f_x和一个竖直位移信号Y₃。这两个信号是通过把来自控制用的测力计33和位移计34的输出信号加以放大，并使用检测信号检查电路253而获得的。测力计33和位移计34安装在用于绝缘的支撑绝缘体30和驱动杆31之间。另外，控制信号r也同时送给接触力观测器装置233。然后接触力观测器装置233为估算而输出一个接触力估算信号f＾和一个干扰抑制力估算信号f_a＾。接触力观测器装置233由一个状态值估算装置236、一个干扰抑制力增益装置237和一个接触力估算装置238组成。

此外，控制装置83具有一个目标值指令装置231，该目标值指令装置借助于关于行驶地方的信息信号与检测到的行驶速度信号的结合，运用来自车辆上的控制器的行驶信息（速度信息85、道路信息86），采用优化和变化的方法来设置接触压力目标值;控制装置83还有一个正常差值补偿装置232，该正常差值补偿装置通过目标值指令装置231设置的接触压力目标值f^＊与接触力观测器装置233估算用的接触力估算信号f＾输出之间的差值，或与干扰抑制力估算信号f_a＾之间的差值，来计算所述的控制信号r[＝k₂（f^＊-f＾）-f_a＾]。

这里，k₂是正常差值补偿装置232中的正常补偿增益。用于控制的测力计33安装在用于绝缘的支撑绝缘体30和驱动杆31之间，并高精度地测量载荷（张力或压力）以便输出一个作用后的波动力信号f_x。

同样，位移计34安装在用于绝缘的支撑绝缘体30和驱动缸32之间，并输出驱动杆31的竖直位移、速度和加速度。升力主要作用在受电器头22上和绝缘用的支撑绝缘体30等上，并由平均升力和竖直作用物波动力的合开力f_q组成。因此，当车辆高速行驶时，作用在受电器20的总体上的f_q增加，因此接触压力f显著改变。

所述的接触压力用方程（方程1）表示。

f＝f_x-m₁y₁″-m₃y₃″-f_q（方程1）

其中，Y₁、Y₁

、Y₁″为受电器接触板条21等的位移、速度和加速度。Y₃、Y₃

、Y₃″为受电器头22和绝缘用的支撑绝缘体30等的位移、速度和加速度。

目标值指令装置231通过使用从车辆控制器传输来的行驶信息（行驶速度、行驶道路、位置、气候、行驶时间、地震等）用优化改变的方法设置接触压力目标值f^＊。正常差值补偿装置232输入一个从目标值指令装置231设置的f^＊上减去接触力估算信号f＾得到的信号，并输出一个把信号ef乘以补偿增益k₂得到的信号Q[＝k₂（f^＊-f＾）]。通过减法器从Q减去干扰升起压力估算信号f_a＾而得到的控制信号r，输入给伺服控制装置240。使用控制信号r操作驱动杆31，以抑制升力f_q和来自架空线1的外力。

为了计算干扰抑制力估算信号f_a＾，干扰抑制力增益装置237把干扰补偿增益k₁

（a₁～a₈）的下列权函数乘以来自状态值估算装置236的含有升力f_q和来自架空线1的外力的输出信号（Y₁、Y₃、Y₁

、Y₃ 、Z、Z

、Z″、Z

），在这里，Z、Z 、Z″、Z

为架空线1的凸处和凹处的位移、速度、加速度和加速度率。

a₁＝268，500;a₂＝-268，500;a₃＝-28，650;a₄＝-1，212;a₅＝0;a₆＝29，850;a₇＝45;a₈＝0。

那么能求得f_a＾。

f_a＾＝k₁

×P （方程2）

接触力估算装置238使用来自状态值估算装置236的输出信号P（Y₁、Y₃、Y₁

、Y₃ 、Z、Z 、Z″、Z″）计算接触力估算信号f＾（方程（方程3））。在这里，字母a为架空线1的等效质量，并且字母b为架空线1的等效阻尼因数。

f＾＝[-ak₁y₁/（m₁+a）+ak₁y₃/（m₁+a）

+（bm₁y₁ -ac₁y₁

）/（m₁+a）

+ac₁y₃/（m₁+a）-bm₁z

/（m₁+a）

-am₁z″/（m₁+a）]

该方程可如下表示，

f＾＝k₁″×P （方程3）

其中，k₁是用于接触条板的推动弹簧23的弹簧常数，C₁是用于接触条板的推动弹簧23的阻尼系数，k″是接触力增益。

将上述的信号P说明如下。在使用测量信号检查电路233来判断测力计33和位移计34测量到的输出信号是否正常之后，把变化信号f_x和竖直位移Y₃以及所述的控制信号r输入到状态值估算装置236，然后装置236通过借助于最小尺寸观测法的状态估计，输出上述的八个状态值，Y₁、Y₃、Y₁

、Y₃

、Z、Z

、Z″、Z

″。使用最小尺寸观测法（Gopinath法）求状态值的计算，在由Corono Co.（1988）出版的名为“观测器”（Observer）的书中第21～32页做了描述。状态方程（方程4）如下所示。

d/d_t（p）＝（A-L＾C）×P+B×U+L＾×F_x

（方程4）

其中，P是观测器的估算状态值（Y₁＾、Y₃＾，Y₁

＾、Y₃

＾、Z＾、Z

＾、Z″＾、Z ＾），F_x为对力检测器的输入标量，A为8×8矩阵，L＾为1×8矢量，C为1×8矢量，B为8×1矢量。因此，由于受电器20的八个特征根在复数坐标系的点（-0.128，j±12.34）、（-1.212，j±121.84）、（-1.88，j0）、（-23.69，j0）、（-27.76，±j98.19）上，状态值估算装置236的七个观测器特征根就在该复数坐标系上以如下的方式确定。这就是确定方程（方程4）中矩阵（A-L＾C）的根。

（-6.0，×j12.34）、（-23.69，j+0）、（-27.67，±j98.19）、（-60，j±121.84）

从这些点可知这样确定的两个根，（-6.0，j±12.34）和（-60，j±121.84），使取决于干扰的两个根（-0.128，j±121.84）和（-1.212，j±121.84）的阻尼特性得到改善（ξ＝0.01    ξ＝0.44）。

使用接触力观测器装置233主动控制干扰抑制力的方法将在以下描述。包含架空线1的外力、升力等的受电器20的状态方程表示如下。

d/d_t（X）＝A×X+B×U+D×W （方程5）

f＝C×Z+E×W    （方程6）

其中，X为状态值（Y₁、Y₃、Y₁ 、Y₃

、Z、Z

、Z″、Z

″）矢量，上推力矢量U＝H×R，r为控制信号矢量，H为矢量常数，f为用于接触力的输出标量，W为干扰的输入标量，A为8×8矩阵，B为8×矢量，C为1×8矢量，D为8×1矢量，D为1×8矢量。

以下表示用于正常差值补偿装置232的状态方程。

d/d_t（Q）＝F×Q+G（f^＊-f＾）

然后，能得到下列方程

Q＝k₂（f^＊-f＾） （方程7）

其中，k₂为正常补偿增益矢量，Q是正常差值补偿装置232的输出状态值（1×1）矢量，F为标量常数，G为矢量常数，（f^＊-f＾）为对力差值控制信号的输入标量。

u＝H×r

＝H×（Q-f_a＾）

＝H×（Q-k₁

×P）

＝K₁×P+k₂×Q （方程8）

其中，k₁ 和k₂为矢量常数，且有关系k₁＝-H×k₁

和k₂＝H。从方程5～8，最佳接触压力目标值f^＊和接触压力f和上推力u的所有状态方程表示如下。

其中，x＝[Y₁，Y₃

，Y₁

，Y₃

，Z，Z

，Z″，Z″]^T：

（方程9）

${\mathrm{f=［c,o\; ］［}}^X{}_Q\mathrm{］+E/AW}$

                                                                            （方程10）

因此使用方程7至方程10，利用把取决于f_a＾和f＾的上推力u（方程8）的所述控制信号r输入到伺服控制装置240能减小接触力，通过把变化力信号f_x和上推力u的所述控制信号输入到接触力观测器装置233能求得f_a＾和f＾。要求适当选择这时使用的干扰补偿增益k₁ 、矢量常数H和正交补偿矢量F/G。

图31表示受电器驱动系统244的结构，该系统输入所述的控制信号r以便输出上推力u。系统244有一个放大所述控制信号r用的放大电路242、一个控制来自油液-液压源241用的油压的伺服阀243、一个驱动油缸32和一个驱动杆31以便利用伺服阀243引起的伸出和缩回操作动作产生上推力u。

虽然在本例中使用油液-液压源，但当伺服阀和缸反应足够快时，如下所述，可以使用压缩气源来代替它。在这种情况下，要求对应于所述控制信号r的上推力u的传输特性为相同的量级。

图32是表示两个容纳系统360a和360b的操作以便把受电器头22装入容纳拱顶4的方块图，在这里操纵升起和放平用的两个杆8a和8b来伸出和缩回，而通过转动系统40来操纵受电器20转动。两个容纳系统360a和360b由放大器361a和361b、开关阀362a和362b及升起和放平用的缸7a和7b组成。当容纳系统从安装在容纳拱顶4中的用于升起和放平的控制器364中输入操作信号时，来自油液-液压压力源363的油液-液压压力就操纵容纳系统，以便由升起和放平用的杆8a和8b升起垂直于车体2的受电器20，从而从架空线1上接收电流如图18所示。另外，当装入受电器20时，容纳系统把接触板条从架空线1上脱开，以便用伸出的升起和放平用的杆8a和8b把它装入容纳拱顶4中，如图19所示。

使用电机代替油液-液压压力来驱动受电器20，可以实现本发明的另一实施例。

对于以比较低的速度行驶的车辆，不需要用于容纳拱顶4的活门系统。由于容纳拱顶4本身具有减少噪声的显著效果，藉以放出或放入受电器20的开口可以保持打开。

〔实施例2〕

图33表示本发明的另一个实施例，其中用来导电的高压柔性电缆44保持在用于绝缘的支撑绝缘体30的空心部分中。在该绝缘体的内部装有导体53以便支撑受电器头22。换句话说，用于导电的电缆头支撑着受电器22。高压柔性电缆44从绝缘体30的一侧拉出。受电器头22用一个螺母和一个丝杆固定，该丝杆是在用于导电的电缆头22中的导电体的顶端形成的。于是，优点在于能实现仅有一个绝缘体的结构。

但是，不能期望高压柔性电缆44的寿命长，因为高压柔性电缆随着驱动杆31的操作上下运动。

〔实施例3〕

图34表示本发明的另一个实施例，该实施例适用于第三铁轨种类的受电系统。

在这个实施例中，本发明用于一种车辆，这种车辆从安装在铁路一侧的第三铁轨上接收电流，而不是从安装在车辆上方的架空线上接收电流。

这种类型的受电广泛用于地铁车辆，在此，正电压加在安装于铁路一侧的第三铁轨76上以便减小隧道截面，而负电压加在车辆行驶的铁轨75上。第三铁轨76用绝缘体77绝缘。利用把受电靴73推向第三铁轨进行受电。

在受电靴73的车辆侧有一个绝缘体72以便与车辆绝缘，在该车辆侧还有一个控制用的油液-液压缸71以便控制受电靴的推力。用于控制的油液-液压缸71被固定在相对铁轨75有小量位移的轴箱体上或车架70上。受电靴73接收的电通过柔性导体74被输送到用于受电的电缆头78，然后再导向安装在车辆2上的控制系统。

〔实施例4〕

图35～图37表示本发明的另一个实施例。在这个实施例中，受电器20可旋转地向行驶方向的后方平放。在用箭头指示的行驶方向的前侧位置有缸7和接线器6。高压柔性电缆44位于支撑受电器20的铰链分支之间。小室4A、4B、4C以与上述实施例的行驶方向相反地被置位。

在这里，当受电器20装在容纳拱顶4中时，受电器头22的三角形的顶点达到上边。因此，与上述的实施例相比，能减小容纳拱顶4的尺寸，从而减小行驶阻力。

〔实施例5〕

虽然在以上的实施例的用于绝缘的支撑绝缘体30在行驶期间保持直立，但认为用于绝缘的支撑绝缘体30的倾斜角度，可以利用用于升起和放平的缸7的操作去控制翼力，作与行驶速度相称的变化。在这种情况下，希望受电器接触板条21和受电器头22形成弧形。另外，当来自容纳拱顶的风强烈影响受电器20时，也考虑到把受电器20向行驶方向移动。

由于在高速行驶期间有升力作用在受电器头22上，就控制受电器头22，利用升起和放平用的缸7使受电器头22的前顶指向稍微向下。在图32中，因为用于升起和放平的控制器364操纵用于升起和放平的缸7，所以当车辆的行驶比给定的行驶速度快时，就用来自车辆上的控制器的行驶速度信息使受电器头22的前顶指向稍微向下。并且也使用来自中心操作室的指令。

由于该车辆在遂道中通过时受其它车辆的影响而使升力变大，所以受电器头22同样向下指。当车辆以高速进入遂道时，受电器头22也向下指。在图32中，用于升起和放平的控制器364，使用来自车辆上的控制器的行驶位置信息或来自中心操作室的指令来操纵用于升起和放平的缸7。

〔实施例6〕

另外，认为要在用来导电的电缆头50的背后放置一块隔板，以便矫直导电用的电缆头50的下游的气流。该隔板由绝缘材料制造并装在用于导电电缆头50的安装基座55上。

〔实施例7〕

最好在受电器20中提供有紧急接地开关EGS。也就是说，如图39中所示，在受电器20中安装有并列于用来导电的电缆头50的紧急接地开关EGS    300。紧急接地开关EGS具有一个用压缩空气源301操纵缸机构302来驱动的铜杆303。通常在容纳拱顶中的铜杆303，随着司机的紧急操作而从容纳拱顶中伸出，通过接线柱304把其上端连接到受电器22上，如图中所示。数字305指示连接到基板3上的一根编织铜导线。该紧急接地开关EGS在紧急关头具有尽快把受电器头转向接地的功能。紧急接地开关EGS与支撑绝缘体30和用来导电的电缆头50一起由转动系统40转动以便升起或放平，该开关的缸机构302与缸32形成一个装置。

〔实施例8〕

本发明的另一个实施例是：用来导电的电缆头50具有倾角地安装以便高压电缆易于移动。这样做时，用来导电的电缆头50不并列于绝缘用的支撑绝缘体30，这就会减少在它们之间产生的驻波，因而进一步减小噪声。

根据本发明的上述实施例，具有受电功能的结构部分能够重量轻、尺寸小，并能改善跟随架空线1的控制特性，由于具有受电功能并由受电部件和驱动系统组成的结构部分从具有导电功能的结构部分中分离出来安装，这就能充分保持电力接收功能。

另外，在车辆行驶期间的噪声产生能受到抑制，因为在车辆的车顶上提供有一个容纳系统，在该系统中总是装着驱动系统，并且具有受电功能的结构部分以及具有导电功能的结构部分在其不校准时也装在该系统中。

根据本发明的实施例将在下文中详细描述，参照图40至图51。图40是表示本发明的实施例的轴测图。受电器20有一块从架空线1上接收电流的受电接触板条21、一个具有在行驶方向向后掠到其纵向的前部以便安装受电接触板条21的受电器头22，一个具有流线形的、支撑受电器头22的支撑柱400、一个使车体2和受电器20电气绝缘的绝缘体500以及一些用来竖直驱动它们的驱动装置（没表示）。

由于组成传统受电器20的接触板条和受电器头22形成象圆棒之类的两维形状的部件，所以典型卡门（Karman）涡流类的两维涡流易于产生，从而产生大的气动噪声和大的空气阻力，这已成为高速行驶的问题。由于提出的消除这一问题的流线形受电器与非流线形的受电器相似，抑制了卡门涡流的产生，因而能降低噪声。但是，由于受电器20在垂直于行驶方向的方向上即使在这种情况下也具有长零件，所以流动也有成为两维的倾向。因此，即使受电器头形成流线形时，产生气动噪声的程度仍很大。

虽然流线型受电器的噪声低于非流线形受电器的噪声，但对于低噪声高速行驶仍要求更低噪声的受电器20。

由于根据本发明的受电器20装备着一个具有在行驶方向向后掠到其纵向的前部的受电器头22，所以纵向涡流绕受电器头22产生。该纵向涡流抑制具有典型卡门涡流的两维结构的涡流的产生。图41和图42直观地表示绕受电器头的流动：一个根据本发明有受电器头305（图41）和一个用在一般流线形受电器20中的翼形受电器头306（图42）。在根据本发明的受电器305中，纵向涡流抑制易于产生噪声的同相涡流，因而抑制噪声的产生。

图43和图44直观地表示受电器头表面上的压力分布。在传统的两维翼308中，如图44中所示，由于涡区是两维的，所以该表面上的压力沿翼308的纵向也是均匀的和两维的。另外，在具有根据本发明的后掠前端表面的受电器头307中，如图43中所示，由于该压力分布沿受电器头22的侧向不是均匀的，所以噪声就难以产生。

为了降低由绕受电器头22和支撑柱400间的连接部分的流动而产生的气动噪声，在受电器头22和支撑柱400之间的连接部分用变曲表面形成，如图45中所示。另一方面，该连接部分由多边形表面这样形成，使该连接部分没有尖角。当受电器头22和支撑柱400之间的该连接部分具有锐角或直角时，在该处会出现产生气动噪声的第二流动。由于在壁表面附近的流动的突然变化易于产生噪声，采用根据本发明的连接部分就会减少噪声。特别是当光滑表面与受电器头22接触部分的长度S₂差不多为受电器头22在其纵向的长度S₁的三分之一，并且在受电器头22的底面和光滑表面与支撑柱400的接触部分之间的长度S₃差不多为受电器头22在其纵向长度S₁的六分之一时，降低噪声的效果非常大。

图46表示使用根据本发明的受电器20的模型，由风洞实验得到的关于噪声的结果，还表示了传统受电器20的实验结果以便比较。根据本发明的受电器20（圆圈）与传统的受电器相比把噪声降低了20分贝左右，而与流线形受电器相经降低了5分贝多。

还希望受电器头22具有该受电器头的横截面为翼形而在该受电器头的两侧的正前面为后掠形状。对于具有上述形状的受电器22，由于边缘后掠到该受电器头，在该边缘线上的接触板条21就难以产生均匀的具有同相位的涡流因而降低噪声。

〔实施例10〕

本发明的其它实施例如图47中所示。受电器头22具有菱形（在俯视图中）的形状，该形状是把具有在两个外侧22A的正前面相对于中心部分22B纵向后掠的两个受电器头组合而形成的。也就是说，该受电器头纵向对称并具有前边缘从受电器头的中心沿着纵向后掠的形状，该受电器头实现了产生纵向涡流且纵向对称的低噪声受电器20。

受电器头22的两侧端在与架空线1接触的上表面侧以凸曲面的方式形成，以便减少翼顶涡流的产生并引导架空线。

〔实施例11〕

还有本发明的其它实施例，其中接触板条的有效长度依行驶速度的高低而变并与行驶方向相符。在低速行驶期间，接触板条21的有效长度较长以便克服架空线变化等造成的困难。另一方面，在高速行驶期间，受电器头22的形状变成适合减少噪声的形状。

还有本发明的另一个实施例，其中装有转台以便安装受电器22并按照车辆的行驶方向转动受电器22。借助于采用这种技术，能减少安装受电器的数量。

〔实施例12〕

图48表示本发明的另一个实施例。对于本实施例中的受电器20，其中受电器头22翼形横截面的最大竖向厚度（h_max）的位置P，是在从翼形前边缘算起的弦长度（C）30%处的后面，并且在后边缘附近受电器头22的上表面为凹形曲面。在受电器头22具有上述形状的条件下，已经肯定从最高压力点到后端的压力降是平缓的，并减少了气动噪声。因此，具有根据本发明的横截面形状的受电器22减小噪声有效。而且，对于水平线具有对称形状的受电器头具有较高的效果。

〔实施例13〕

图48表示本发明的另一个实施例。用于受电器头22的支撑柱400具有几乎不导致气动噪声的圆锥或椭圆锥形状。于是，绕该支撑柱的流动在竖直方向变化，使流动变为三维的，并抑制噪声的产生。

〔实施例14〕

图50表示本发明的另一个实施例。当接触板条21为两维的形状时，会产生大的气动噪声。在这种情况下，在受电器头22上在前边缘到接触板条21的附近比接触板条21窄的位置处，至少装有一个或多个在车辆地驶方向具有长的形状的凸块222，并且这些凸块产生纵向涡流以便抑制由接触板条21引起的卡门涡流之类的气动噪声。特别是当装到接触板条21的宽度上的凸块在数量上多于三块时，减少噪声的效果更大。

图51表示为研究本发明的噪声减少效果的风洞实验结果。根据本发明，用于产生纵向涡流的凸块222对减少噪声非常有效。

根据本发明，借助于使用具有后掠到其纵向的受电器头以便在该受电器头上主动产生纵向涡流从而抑制具有相同相位的两维涡流的产生，也就是说，该涡流易于产生气动噪声，易于在传统的受电器中产生，能在用于高速铁路车辆的受电器中实现减小噪声。另外，不仅借助于把受电器头和支撑柱形成流线形，而且还借助于受电器头和支撑柱的光滑连接，以便抑制在受电器头和支撑柱的连接部分处第二流动的产生，而不干扰由该受电器头产生的纵向涡流能够实现减小从受电器头和支撑柱间的连接部分产生的气动噪声。

根据本发明的另一结构，借助于用导管产生旋流而产生三维流动，能够实现减小由受电器产生的两维流动引起的气动噪声。

根据本发明的另一结构，受电器头的部件可以移动，这样在低速行驶期间提供有引导架空线的穿过功能，并在高速行驶期间借助于放平受电头而提供一种用于低气动噪声的形状以降低噪声。利用该结构，在高速行驶期间可以得到低噪声的形状，而在低速行驶期间在改变架空线方面没有问题。

Claims (41)

1、一种受电器，包括一个电流接收部件；一个驱动系统，用以使所述电流接收部件运动；一个导电部件，以用将用所述电流接收部件所接收的电能传导至负载侧；

其中所述电流接收部件通过一绝缘部件连接到所述驱动系统上。

2、根据权利要求1的受电器，其中所述导电部件用在其表面上的绝缘体所覆盖并与所述绝缘部件相并置。

3、根据权利要求2的受电器，其中所述导电部件穿入一个与所述绝缘体相分离地提供的第二绝缘部件的内部，所述导电部件的一端具有与所述电流接收部件相连的柔性导电部件，所述导电部件的另一端则与一柔性电缆相连接。

4、根据权利要求1的受电器，其中所述导电部件与所述驱动系统相并置。。

5、根据权利要求1的受电器，其中所述导电部件被设置于所述隔离部件内部，所述导电部件的一端与所述受电器头相连接，所述导电部件的另一端与一柔性导电电缆相连接。

6、根据权利要求1的受电器，进一步包括一个传感器，位于在所述驱动系统和所述绝缘部件之间的连接位置上，用以控制所述驱动系统。

7、根据权利要求6的受电器，其中所述传感器是一种用于检测力的传感器。

8、根据权利要求1的受电器，其中所述隔离部件被形成为用以支撑所述电流接收部件的总重量，所述导电部件是一种绝缘包覆的导电部件，其表面用绝缘材料所包覆，所述绝缘包覆导电的部件与所述驱动系统并行设置。

9、根据权利要求1的受电器，其中所述导电部件与所述驱动系统相并置，进一步包括

一个固定基座，用于安装所述驱动系统和所述导电部件;

升起/放平/转动装置，用以转动所述固定基座，并用以升起和放平所述电流接收部件、所述绝缘部件和所述导电部件。

10、根据权利要求1的受电器，其中所述驱动系统包括一个链接机构，以驱动所述电流接收部件;一个致动器，以驱动所述链接机构。

11、根据权利要求1的受电器，进一步包括

安装于所述电流接收部件和所述驱动系统之间的检测装置，用以检测包括作用在所述电流接收部件上的干扰在内的波动力;

估算装置，用以计算接触力估算信号，该信号通过来自所述检测装置的信号估算一种状态;

控制装置，用以计算通过从一个接触力目标值信号中减去干扰抑制力估算信号和由所述估算装置输出所述接触力估算信号而获得的力差信号，并用以控制所述驱动系统的推力。

12、根据权利要求1的用于铁路车辆的受电器，其中受电器头支撑所述电流接收部件并被设置于所述电流接收部件和所述绝缘部件之间，其形状为所述受电器头在其运行方向上顶部前面向其横侧方向掠回。

13、根据权利要求12的用于铁路车辆的受电器，其中所述受电器头的垂直横剖面形状为翼形。

14、根据权利要求13的用于铁路车辆的受电器，其中所述翼形横剖面的最大厚度位置位于比距该翼形件的前缘起的翼长的30%更靠后之处。

15、根据权利要求1的用于铁路车辆的受电器，其中所述受电器包括一支撑所述电流接收部件的受电器头和一个位于所述电流接收部件和所述驱动系统之间的支撑柱，所述受电器头和所述支撑柱之间的连接部分被制成为一曲面。

16、根据权利要求13的用于铁路车辆的受电器，进一步包括至少一个或更多纵向涡旋发生装置，用于在所述受电器头的所述顶部前面上产生纵向涡施。

17、根据权利要求1的受电器，进一步包括一个容纳拱顶，用以容纳所述驱动系统、所述绝缘部件和所述导电部件。

18、根据权利要求17的受电器，其中所述导电部件与所述绝缘部件和所述驱动系统相并置，所述导电部件和所述驱动系统被安装在所述容纳拱顶内的一个公共支撑部件上。

19、根据权利要求17的受电器，其中所述容纳拱顶包括一个平滑的流线形外表面;一个开口，用以将所述绝缘部件推上推下;一个活门，用以盖住所述开口。

20、一种铁路车辆，包括：电流接收部件;驱动系统，用以驱动所述电流接收部件;导电部件，用以将由所述电流接收部件所接收的电能传导至负载侧;其中所述电流接收部件和所述驱动系统与一绝缘部件相连接，所述电导部件与所述驱动系统相并置。

21、根据权利要求20的铁路车辆，进一步包括一个固定基座，用以安装所述驱动系统和所述导电部件;升起/放平/转动装置，用以转动所述固定基座，并升起和放平所述电流接收部件、所述驱动系统和所述导电部件;一安装在车辆顶部的容纳部分，用以在放平状态时容纳所述电流接收部件。

22、根据权利要求20的铁路车辆，进一步包括一个第一绝缘柱，用以将所述电流接收部件与所述驱动系统相连接;一个第二绝缘柱，用以支撑所述导电部件。

23、根据权利要求22的铁路车辆，其中所述第二绝缘柱被置位于所述电流接收部件之下并沿车辆行进方向位于所述第一绝缘柱背面;所述第二绝缘柱的外直径小于所述第一绝缘柱的外直径。

24、根据权利要求20的铁路车辆，进一步包括：

检测装置，设置于所述电流接收部件和所述驱动系统之间，用以检测包括作用在所述电流接收部件上的干扰在内的波动力;

估算装置，用以计算通过来自所述检测装置的信号估算一种状态的接触力估算信号;

控制装置，用以计算通过从一接触力目标值信号中减去一扰动抑制力估算信号和由所述估算装置输出的所述接触力估算信号而获得的力差信号，并控制所述驱动系统的推力。

25、根据权利要求20的铁路车辆，进一步包括所述电流接收部件和车辆主体之间的导电系统，所述导电系统包括一真空断路器和断路器控制装置，用以响应所述驱动系统的驱动状态，打开和闭合所述真空断路器。

26、一种受电器，包括一电流接收部件;一驱动系统，用以运动所述电流接收部件;一个导电部件，用以将由所述电流接收部件所接收的电能传导至负载侧;

进一步包括：

检测装置，安装在所述电流接收部件和所述驱动系统之间，用以检测包括作用在所述电流接收部件上的干扰在内的波动力;

估算装置，用以计算通过来自所述检测装置的信号估算一种状态的接触力估算信号;

控制装置，用以计算通过从一接触力目标值中减去一干扰抑制力估算信号和由所述估算装置输出的所述接触力估算信号而获得的力差信号，并控制所述驱动系统的推力。

27、一种用于铁路车辆的受电器，包括具有受电器头的电流接收部件;驱动系统，用以运动所述电流接收部件;导电部件，用以将由所述电流接收部件所接收的电能传导至负载侧;

其中所述受电器头具有其横截面为翼形的形状，而其顶部前面在运行方向上向其横侧方向掠回。

28、一种用于铁路车辆的受电器，包括具有一受电器头的电流接收部件;驱动系统，用以运动所述电流接收部件;导电部件，用以将由所述电流接收部件所接收的电能传导至负载侧;

其中所述电流接收部件通过一绝缘部件与所述驱动系统相连接;

该受电器进一步包括一容纳拱顶，用以容纳所述驱动系统、所述绝缘部件和所述导电部件;

所述容纳拱顶包括一平滑流线型外表面、一开口，用以将所述绝缘体推上推下。

29、根据权利要求28的用于铁路车辆的受电器，其中所述受电器头支撑所述电流接收部件并被设置于所述电流接收部件和所述绝缘部件之间，具有其垂直横剖面形状为一翼形的形状，而其顶部前面在运行方向上向其横侧方向掠回;

利用一升起和放平驱动系统，使所述受电器头向其后方向转动，以使其被容纳于所述容纳拱顶之中。

30、根据权利要求28的用于铁路车辆的受电器，其中所述受电器头具有其垂直横截面为翼形的形状，而其顶部前面在运行方向上向其横侧方向掠回;

利用一升起和放平驱动系统，使所述受电器头向其前方向转动，以使其被容纳于所述容纳拱顶之中。

31、包括多个铁路车辆的火车，具有四个受电器，每一受电器包括一个其上安装有一电流接收部件的受电器头;一个驱动系统，用以驱动所述受电器头使得所述电流接收部件与一供电体相接触以便接收电流;一个设置于所述受电器头和车辆主体之间的导电系统;其中

所述受电器头的垂直横剖面的形状为翼形;

安装在所述火车长度的中心和所述火车一端之间的两个所述受电器被如此安装，使得每一所述受电器头的顶部前端朝向所述中心，而安装在所述火车长度的中心和所述火车另一端之间的另外两个所述受电器被如此安装，使得每一所述受电器头的所述顶部前端朝向所述中心。

32、一种用于具有一受电器的铁路车辆的受电方法，包括一其上安装有电流接收部件的受电器头;一驱动系统，用以驱动所述受电器头，使得所述电流接收部件与一供电体相接触以便接收电流;一设置于所述受电器头和车辆主体之间的导电系统，其中，

所述受电器头通过一绝缘部件与所述驱动系统相连接;

所述驱动系统利用所述驱动系统来驱动，以保持所述电流接收部件和所述供电体之间的接触关系以便接收电流。

33、根据权利要求32的用于铁路车辆的受电器方法，其中所述绝缘部件在所述导电系统用一真空断路器打开的条件下利用一提升和放平驱动系统被升起;

然后所述真空断路器被闭合。

34、根据权利要求32的用于铁路车辆的受电方法，其中在利用所述驱动系统将所述电流接收部件与所述供电体断开之前，用一真空断路器打开所述导电系统。

35、根据权利要求32的用于铁路车辆的受电方法，其中根据车辆的运行方向控制所述受电器头的倾斜角。

36、根据权利要求32的用于铁路车辆的受电方法，其中利用安装在所述电流接收部件和所述驱动系统之间的检测装置，来检测包括作用于所述电流接收部件上的干扰在内的波动力;

利用估算装置计算通过来自所述检测装置的信号估算一种状态的接触力估算信号;

利用控制装置计算通过从一接触力目标值信号中减去一干扰抑制力估算信号和由所述估算装置输出的所述接触力估算信号而获得的力差信号，并控制所述驱动系统的推力。

37、根据权利要求32的用于铁路车辆的受电方法，其中所述受电器头的垂直横剖面的形状为翼形，以这样的方式通过与所述用供电体相接触而接收电流，即使所述翼的顶部前面朝向车辆运行方向。

38、根据权利要求32的用于铁路车辆的受电方法，其中所述导电系统在所述受电器头与所述供电体相接触的状态下被打开，然后，

利用一驱动系统拉下所述绝缘部件;

打开盖住一容纳拱顶的开口的活动;

放平所述绝缘部件，通过所述容纳拱顶的开口将所述受电器头纳入所述容纳拱顶之中;

关闭所述活门。

39、一种用于具有四个受电器的由多个铁路车辆组成的火车的受电方法，其中每一受电器包括一个其上安装有电流接收部件的受电器头，一驱动系统，用以驱动所述受电器使得所述电流接收部件与一供电体相接触以接收电流;一设置于所述受电器头和车体之间的导电系统;其中

所述受电器头的垂直横剖面的形状为翼形，每一受电器头被以这样的方式设置，使得在接收电流期间翼的顶前部朝向火车中心;

在运行期间，使设置在所述火车运行方向的后侧的两个所述受电器与所述供电体相接触，而设置在所述火车前部的另外两个所述受电器则与所述供电体相脱开。

40、根据权利要求39的用于铁路车辆的受电方法，其中所述受电器头支撑所述电流接收部件并被设置在所述电流接收部件和所述绝缘部件之间，具有其顶部前面的形状在其运行方向上向其横侧方向掠回的形状。

41、一种用于铁路车辆的受电方法，该车辆包括一电流接收部件、一用于驱动所述电流接收部件的驱动系统，一用以将所述电流接收部件所接收的电能传导至一负载侧的导电部件;

受电器进一步包括一具有平滑流线型外表面的容纳拱顶，用以容纳所述驱动系统、所述绝缘部件和所述导电部件;

所述绝缘部件和所述导电部件在受电期间利用所述驱动系统从所述容纳拱顶上伸出，使得所述导电部件与供电体相接触以使接收电流;

所述绝缘部件和所述导电部件在非受电期间利用所述驱动系统而被容纳于所述容纳拱顶之中。

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