JP2008018831A - パンタグラフ位置検出装置及びパンタグラフ位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エアセクション区間のパンタグラフの位置を確実に検出することができるパンタグラフ位置検出装置及びパンタグラフ位置検出方法を得る。
【解決手段】 エアセクション区間の吊架線４と平行、且つ、離間させて配設した電線２と、この電線２にエアセクション区間の吊架線４の各ハンガ５と対向する位置に取り付けたギャップセンサＧ１〜Ｇ４と、各ハンガ５と対向する位置のギャップセンサＧ１〜Ｇ４夫々の信号レベル変化を捉えて所定の閾値を超えるものがあれば、電気車のパンタグラフがエアセクション区間内にあると判定する検知ユニット３とを備えるとともに、エアセクション区間の吊架線４のハンガ５を通常区間で使用するものよりも長めのものを使用し、ハンガ５とギャップセンサ(例えばギャップセンサＧ１)との間のギャップの変化を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トロリ線から給電を受けて走行する電気車に用いて好適なパンタグラフ位置検出装置及びパンタグラフ位置検出方法に関する。

従来、電気車のパンタグラフがトロリ線のエアセクション(電気車の電源切り替え)区間を通過した際にパンタグラフを通じて大電流が流れる所謂セクションオーバを防止する方法として、エアセクション電位差を解消する方法が知られている(例えば、特許文献１、特許文献２参照)。
特許文献１は、電気車のエアセクション区間への接近を検知してエアセクションの両端を短絡するようにしたものであり、特許文献２は、電気車がある基準速度以下の車速でエアセクション区間に進入する場合に、エアセクションの両側夫々の給電を停止するようにしたものである。

一方、電気車は防護無線等により不特定の位置で停止する場合があるが、エアセクション区間で停止した場合（運転手の意思に無関係に車両が制動されて停止する等）、パンタグラフのトロリ線への接触が不完全であると、トロリ線との間で発生するアーク、もしくは不完全接触に起因するジュール発熱により、トロリ線が断線する事故が発生する虞がある。この事故を回避するために重要な技術として、電気車がエアセクション区間に停止したことを検知する方法と、パンタグラフがエアセクション区間にあることを検知する方法が挙げられる。
従来技術として、軌道部に赤外線、レーザ、音波、光電などを利用したセンサにより、エアセクション近傍の電気車を検知する方法がある(例えば、既述した特許文献１、２参照)。

特開平８−２１６７４１号公報 特開２００３−２００７６５号公報

しかしながら、センサを利用して電気車位置を検知する場合、車両編成の違いによりパンタグラフの位置が異なることや、気動車併用の路線等では、実際にパンタグラフがエアセクション区間に無いのに制御装置が作動してしまう問題がある（パンタグラフのない気動車がエアセクション区間に止まってしまったとき、車両位置検知のみであると、不要な給電停止をしてしまう場合等がある）。
また、設備導入の際には架線等の電力設備と軌道設備の両方を工事しなくてはならず、現設備の大掛かりな改造になってしまう問題もある。

この発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、エアセクション区間のパンタグラフの位置を確実に検出することができ、しかも設備導入を容易、且つ、低コストで行うことができるパンタグラフ位置検出装置及びパンタグラフ位置検出方法を提供することを目的とする。

上記目的は下記構成及び方法により達成される。
（１） 本発明のパンタグラフ位置検出装置は、エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対向配置させ、夫々が、対向する前記ハンガとの間の距離に応じた信号レベルのセンサ信号を出力する複数のギャップセンサと、前記複数のギャップセンサ夫々の信号レベル変化を検知することで電気車のパンタグラフの前記エアセクション区間内における有無及び位置を判定する判定手段と、を備える。

（２） 本発明のパンタグラフ位置検出装置は、上記（１）に記載のパンタグラフ位置検出装置において、前記判定手段は、１つの前記ギャップセンサの信号レベル変化を検知した場合は、該ギャップセンサの直下に前記パンタグラフが位置すると判定し、隣接する２つの前記ギャップセンサ夫々の信号レベル変化を検知した場合は、前記２つのギャップセンサ間に前記電気車のパンタグラフが位置すると判定する。

（３） 本発明のパンタグラフ位置検出装置は、上記（１）又は（２）に記載のパンタグラフ位置検出装置において、前記ハンガを介して前記吊架線に吊り下げられるトロリ線からの誘導による電源を取得して前記判定手段及び前記複数のギャップセンサの動作用電源を生成する電源生成手段を備える。

（４） 本発明のパンタグラフ位置検出装置は、エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対して設けられ、前記各ハンガが支持するトロリ線の荷重を検出する複数のハンガ荷重センサと、前記複数のハンガ荷重センサ夫々の信号レベル変化を検知することで電気車のパンタグラフの前記エアセクション区間内における有無及び位置を判定する判定手段と、を備える。

（５） 本発明のパンタグラフ位置検出装置は、上記（４）に記載のパンタグラフ位置検出装置において、前記判定手段は、１つの前記ハンガ荷重センサの信号レベル変化を検知した場合は、該ハンガ荷重センサの直下に前記パンタグラフが位置すると判定し、隣接する２つの前記ハンガ荷重センサ夫々の信号レベル変化を検知した場合は、前記２つのハンガ荷重センサ間に前記電気車のパンタグラフが位置すると判定する。

（６） 本発明のパンタグラフ位置検出装置は、上記（４）又は（５）に記載のパンタグラフ位置検出装置において、前記ハンガを介して前記吊架線に吊り下げられるトロリ線からの誘導による電源を取得して前記判定手段及び前記複数のハンガ荷重センサの動作用電源を生成する電源生成手段を備える。

（７） 本発明のハンガ構造は、トロリ線を把持し吊架線に上下動可能に支持されるハンガにおいて、エアセクション区間用として、通常区間に使用されているものよりも長めに形成され、前記エアセクション区間のトロリ線を通常区間より下がった状態にする。

（８） 本発明のセンサ構造は、上記（４）から（６）のいずれかに記載のハンガ荷重センサにおいて、前記ハンガ荷重センサとして圧力センサを用い、該圧力センサを、トロリ線を把持し吊架線に上下動可能に支持されるハンガと該ハンガを吊り下げるため前記吊下線に取り付けられるハンガカバーとの間に介挿する。

（９） 本発明のパンタグラフ位置検出システムは、上記（１）から（６）のいずれかに記載のパンタグラフ位置検出装置と、上記（７）に記載のハンガ構造とを備える。

（１０） 本発明のパンタグラフ位置検出方法は、エアセクション区間の吊架線と平行で且つ離間させて電線を架設すると共に、前記エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対向するように前記電線に複数のギャップセンサを接続し、前記複数のギャップセンサ夫々が対向位置にある前記ハンガとの間の距離に応じた信号レベルのセンサ信号を出力するのを検知し、該センサ信号の信号レベル変化を検知することで電気車のパンタグラフの前記エアセクション区間内における有無及び位置を判定する。

（１１） 本発明のパンタグラフ位置検出方法は、エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対し、前記各ハンガが支持するトロリ線の荷重を検出する複数のハンガ荷重センサを設け、該各ハンガ荷重センサの信号レベル変化を検知することで電気車のパンタグラフの前記エアセクション区間内における有無及び位置を判定する。

上記（１）に記載のパンタグラフ位置検出装置では、電気車のパンタグラフがトロリ線を持ち上げることによるハンガの上昇を利用して、エアセクション区間の吊架線に取り付けられた複数のハンガ夫々に対向してギャップセンサを配置し、ハンガがギャップセンサに接近した際のギャップセンサの信号レベル変化を検知して電気車のパンタグラフのエアセクション区間内における有無及び位置を判定するので、エアセクション区間のパンタグラフの有無及び位置を確実に検出することができる。
また、本発明を構成する手段を容易、且つ、低コストで実現できるので、設備導入を容易、且つ、低コストで行うことが可能となる。

上記（２）に記載のパンタグラフ位置検出装置では、１つのギャップセンサの信号レベル変化を検知した場合は、該ギャップセンサの直下にパンタグラフが位置すると判定し、隣接する２つのギャップセンサ夫々の信号レベル変化を検知した場合は、２つのギャップセンサ間に電気車のパンタグラフが位置すると判定するので、エアセクション区間のパンタグラフの位置を確実に検出することができる。

上記（３）に記載のパンタグラフ位置検出装置では、判定手段及び複数のギャップセンサの動作用電源として、トロリ線からの誘導による電源を取得して生成するので、専用の電源を新たに用意する必要がなく設備工事の省力化及びコスト削減が図れる。

上記（４）に記載のパンタグラフ位置検出装置では、電気車のパンタグラフがトロリ線を持ち上げることによるハンガの上昇を利用して、エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対し、各ハンガが支持するトロリ線の荷重を検出するハンガ荷重センサを設け、ハンガが上昇することでハンガ荷重センサに加わる荷重の軽減によるギャップセンサの信号レベル変化を検知して電気車のパンタグラフのエアセクション区間内における有無及び位置を判定するので、エアセクション区間のパンタグラフの有無及び位置を確実に検出することができる。
また、本発明を構成する手段を容易、且つ、低コストで実現できるので、設備導入を容易、且つ、低コストで行うことが可能となる。

上記（５）に記載のパンタグラフ位置検出装置では、１つのハンガ荷重センサの信号レベル変化を検知した場合は、該ハンガ荷重センサの直下にパンタグラフが位置すると判定し、隣接する２つのハンガ荷重センサ夫々の信号レベル変化を検知した場合は、２つのハンガ荷重センサ間に電気車のパンタグラフが位置すると判定するので、エアセクション区間のパンタグラフの位置を確実に検出することができる。

上記（６）に記載のパンタグラフ位置検出装置では、判定手段及び複数のハンガ荷重センサの動作用電源として、トロリ線からの誘導による電源を取得して生成するので、専用の電源を新たに用意する必要がなく設備工事の省力化及びコスト削減が図れる。

上記（７）に記載のハンガ構造では、通常区間で使用されてものよりも長めになっているので、電気車のパンタグラフがトロリ線を介してハンガを持ち上げた際に、ハンガが容易にワイヤ線に接触する。これにより、エアセクション区間のパンタグラフの位置検出が確実に行われる。
また、既存のハンガを一部改良するだけで実現できるので、コストアップを最小限に抑えることができる。

上記（８）に記載のセンサ構造では、ハンガ荷重センサとしての圧力センサを用い、この圧力センサをハンガとハンガカバーとの間に介挿する。これにより、既設のハンガとハンガカバーをそのまま利用することができ、新たに圧力センサを導入するのみで済むため、設備工事の省力化及びコスト削減が図れる。

上記（９）に記載のパンタグラフ位置検出システムでは、上記（１）から（６）のいずれかに記載のパンタグラフ位置検出装置と、上記（７）に記載のハンガ構造とを備えるので、エアセクション区間のパンタグラフの位置を確実に検出することができる。

上記（１０）に記載のパンタグラフ位置検出方法では、電気車のパンタグラフがトロリ線を持ち上げることによるハンガの上昇を利用して、エアセクション区間の吊架線に取り付けられた複数のハンガ夫々に対向してギャップセンサを配置し、ハンガがギャップセンサに接近した際のギャップセンサの信号レベル変化を検知して電気車のパンタグラフのエアセクション区間内における有無及び位置を判定するので、エアセクション区間のパンタグラフの有無及び位置を確実に検出することができる。

上記（１１）に記載のパンタグラフ位置検出方法では、電気車のパンタグラフがトロリ線を持ち上げることによるハンガの上昇を利用して、エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対し、各ハンガが支持するトロリ線の荷重を検出するハンガ荷重センサを設け、ハンガが上昇することでハンガ荷重センサに加わる荷重の軽減によるギャップセンサの信号レベル変化を検知して電気車のパンタグラフのエアセクション区間内における有無及び位置を判定するので、エアセクション区間のパンタグラフの有無及び位置を確実に検出することができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るパンタグラフ位置検出装置を線路側方から見た外観図である。また、図２はパンタグラフ位置検出装置を電気車の進行方向から見た外観図である。

図１において、本実施形態のパンタグラフ位置検出装置は、４個のギャップセンサＧ１〜Ｇ４と、ギャップセンサＧ１〜Ｇ４を取り付けると共に各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４のセンサ信号を電送するための電線２と、電線２を通して各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４に電源を供給すると共に各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４のセンサ信号を検知する検知ユニット３とを備えて構成される。
ギャップセンサＧ１〜Ｇ４は、エアセクション区間の吊架線４のハンガ５と同じ数だけ設けられており、夫々ハンガ５の上方に僅かな間隔(ギャップ)で離間配置される。電線２はその長さがエアセクション区間と略同じ長さであり、一端がエアセクション区間の線路長方向に沿って設置された２本の支柱６の一方に検知ユニット３を介して接続され、他端が他方の支柱６に接続される。

検知ユニット３は、各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４のセンサ信号を基にエアセクション区間内のパンタグラフの有無及び凡その位置を検知する。すなわち、各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４夫々の信号レベルを所定の閾値と比較して、閾値を超えるセンサ信号を検出する。閾値を超える信号レベルのギャップセンサが１つだけあれば、そのギャップセンサの近傍にパンタグラフが有ると判定する。閾値を超える信号レベルのギャップセンサが２つある場合は、夫々の信号レベルを比較して差がある場合はハンガ間にパンタグラフが有ると判定する。

検知ユニット３は、吊架線４が線路(図示略)の中央寄りに架設されることから、図２に示すように延長部材８を用いて吊架線４の直上に来るように配置される。なお、電線２の一端が検知ユニット３に接続されることから、電線２の他端も同様に図示せぬ延長部材８によって吊架線４の直上に来るように配置される。これにより、電線２と吊架線４の位置関係は図３に示すように平行となる。吊架線４はトロリ線７を吊り下げるためのものであり、ハンガ５を介してトロリ線７を吊り下げる。なお、エアセクション区間ではトロリ線７は、エアセクション区間を通過して始端または終端となる２系統存在するが、本実施の形態では図２及び図４の平面図に示すようにそのうちの１系統に対してギャップセンサＧ１〜Ｇ４、電線２及び検知ユニット３を設けている。
なお、トロリ線７は、支柱６間の鉄構ビーム９に結合した振れ止め金具１１に支持されて、横ゆれ防止が図られている。

本発明では、エアセクション区間に使用されるハンガ５として、通常区間で使用されているハンガよりも長いものを使用し、トロリ線７がエアセクション区間のみ通常区間より下がった状態にする。すなわち、エアセクション区間で電気車のパンタグラフがトロリ線７と接触した際にハンガ５が上方に持ち上げる構造を採っている。エアセクション区間のトロリ線７を通常区間より下げることで、電気車のパンタグラフがトロリ線７に接触した際にパンタグラフに最も近い位置にあるハンガ５を上方に移動する。
電気車のパンタグラフがエアセクション区間に無い場合は、図３に示すように吊架線４とギャップセンサＧ１〜Ｇ４が一定距離のギャップＬで離れているが、電気車のパンタグラフがエアセクション区間に入るとトロリ線７が持ち上がってハンガ５が上方へ移動するので、該ハンガ５と対向する例えばギャップセンサＧ１との間のキャップＬが狭くなる。これにより、ギャップセンサＧ１のセンサ信号レベルが大きくなる。他のハンガ５の夫々とギャップセンサＧ２〜Ｇ４との関係も同様である。なお、吊架線４のハンガ５とトロリ線７の接続構造は、例えば特開２００３−１５９９６８号公報や特開２００５−６７５６８号公報で開示されている。

図５は検知ユニット３の概略構成を示すブロック図である。同図において、検知ユニット３は、ＭＰＵ(Micro Processing Unit)３１と誘導電源装置３２とを備えて構成される。
ＭＰＵ３１の内蔵するメモリには、各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４の信号レベルを基にエアセクション区間内のパンタグラフの有無を判定する制御プログラムと、各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４の信号レベル判定用の閾値が書き込まれている。ＭＰＵ３１は、各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４のセンサ信号を取り込んだ後、夫々の信号レベルを判定し、所定の閾値を超えるものがある場合には外部の制御装置１０に作動指令を発報する。
また、上述したように所定の閾値を超える信号レベルのギャップセンサが１つだけあれば、そのギャップセンサの近傍にパンタグラフが有ると判定できる。
また、閾値を超える信号レベルのギャップセンサが２つある場合は、夫々の信号レベルを比較して差がある場合はハンガ間にパンタグラフが有ると判定できる。

制御装置１０は、ＭＰＵ３１から作動指定の発報があると、エアセクション電位差を解消する制御を行う。例えばエアセクション区間の一方のトロリ線７には給電が行われ、他方のトロリ線７には給電が行われていない場合、一方のトロリ線７への給電を停止する制御を行う。

検知ユニット３の誘導電源装置３２は、トロリ線７からの誘導を利用してギャップセンサＧ１〜Ｇ４及びＭＰＵ３１を夫々動作させるための電源を生成する。誘導電源装置３２は、図６のブロック図に示すように、トロリ線７に取り付けて使用するエアギャップ付コイル３２１と、このエアギャップ付コイル３２１に誘導した電圧を直流に変換する整流器３２２と、この整流器３２２の直流出力を充電用の電圧に変換するチャージ用インバータ３２３と、このチャージ用インバータ３２３で充電される充電用キャパシタ３２４と、この充電用キャパシタ３２４の蓄積された電荷から一定の電圧を生成しＭＰＵ３１に供給する定電圧回路３２５とを備えて構成される。
このようなトロリ線７からの誘導を利用して電源を生成する方式を採ることで、検知ユニット３に供給する電源を新たに設置する手間を省くことができ、コストダウンが図れる。なお、本実施の形態ではエアギャップ付コイル３２１を検知ユニット３と別体としたが、一体であっても構わない。その場合、検知ユニット３はトロリ線７上に配置されることになる。

次に、上記構成のパンタグラフ位置検出装置の動作を説明する。
まず、検知ユニット３から各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４に電源を供給して各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４を動作状態にする。図７は、エアセクション区間内にパンタグラフ２０が停止した状態を示す図である。この図に示すように、エアセクション区間内にパンタグラフ２０が停止した場合、パンタグラフ２０がトロリ線７を押し上げることにより、ハンガ５が上昇し吊架線４より上方に移動して、ハンガ５と対向位置にあるギャップセンサＧ１との間のギャップが狭くなる。このときのギャップセンサＧ１とハンガ５との間のギャップをＬ１として、そのギャップＬ１に応じたレベルのセンサ信号がギャップセンサＧ１から出力される。またこのとき、他の全てのギャップセンサＧ２〜Ｇ４からも夫々の対向位置にあるハンガ５との間のギャップに応じたレベルのセンサ信号が出力される。各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４からのセンサ信号が検知ユニット３のＭＰＵ３１に取り込まれる。ＭＰＵ３１は、各ギャップセンサＧ１〜Ｇ４の信号レベルを所定の閾値と比較して、どのギャップセンサＧの近傍にパンタグラフ２０があるかを判定する。図７に示す状態ではパンタグラフ２０がギャップセンサＧ１と対向位置にあるハンガ５の真下にある場合であるので、パンタグラフ２０はギャップセンサＧ１の近傍にあると判定される。

一方、パンタグラフ２０が図８に示す状態で停止した場合は、ギャップセンサＧ２と対向位置にあるハンガ５との間のギャップと、ギャップセンサＧ３と対向配置にあるハンガ５との間のギャップが夫々狭くなる。図８に示す状態ではパンタグラフ２０がギャップセンサＧ２と対向位置にあるハンガ５とギャップセンサＧ３と対向位置にあるハンガ５との間にある場合であるので、ギャップセンサＧ３とそれに対向位置にあるハンガ５との間のギャップをＬ２とし、ギャップセンサＧ２とそれに対向位置にあるハンガ５との間のギャップをＬ３とすると、このときのギャップの大小関係はＬ２＜Ｌ３となり、差ができるため、隣接する２つのハンガ間にパンタグラフ２０があると判定する。

このように本実施の形態のパンタグラフ位置検出装置によれば、エアセクション区間の吊架線４と平行、且つ、離間させて配設した電線２と、この電線２にエアセクション区間の吊架線４の各ハンガ５と対向する位置に取り付けたギャップセンサＧ１〜Ｇ４と、各ハンガ５と対向する位置のギャップセンサＧ１〜Ｇ４夫々の信号レベル変化を検知して所定の閾値を超えるものがあれば、電気車のパンタグラフ２０がエアセクション区間内にあると判定する検知ユニット３とを備えるとともに、エアセクション区間の吊架線４のハンガ５を通常区間で使用するものよりも長めのものを使用し、ハンガ５とギャップセンサ(例えばギャップセンサＧ１)との間のギャップの変化を検知するようにしたので、エアセクション区間内のパンタグラフ２０の有無とその凡その位置を検出することができる。したがって、車両編成の違いによりパンタグラフの位置が異なることや、気動車併用の路線等では、実際にパンタグラフがエアセクション区間に無いのに制御装置が作動してしまう問題を解消できる。

また、本装置を導入する際には、ギャップセンサＧ１〜Ｇ４と、ギャップセンサＧ１〜Ｇ４を取り付けると共に、ギャップセンサＧ１〜Ｇ４夫々のセンサ信号を電送するための電線２と、電線２を通してギャップセンサＧ１〜Ｇ４夫々に電源を供給すると共に、ギャップセンサＧ１〜Ｇ４夫々のセンサ信号を検知する検知ユニット３とを設ける共に吊架線４のハンガ５を通常のものよりも長いものに交換するだけで済むので、現設備の改造を容易に行うことができ、コストアップを最小限に抑えることができる。

また、ギャップセンサＧ１〜Ｇ４と検知ユニット３の動作電源をトロリ線７からの誘導を利用して生成するようにしたので、専用の電源を新たに用意する必要がなく設備工事の省力化及びコスト削減が図れる。

なお、本実施の形態では、ギャップセンサＧ１〜Ｇ４の取り付けを吊架線４の上方に架設した電線２にて行ったが、図１１に示すようにステー１２等で吊架線４に直接取り付けるようにしても良い。
また、本実施の形態では、誘導による電源の取得をトロリ線７から行うようにしたが、特開２００５−６７５６８号公報でも開示されているように、ハンガ５を介してトロリ線７を吊架線４に電気的に導通させることによって、吊架線４からも取得が可能である。

また、本実施形態のパンタグラフ位置検出装置と吊架線４のハンガ５は、パンタグラフ位置検出システムを構成する。

図１２は、本発明の第２実施形態に係るパンタグラフ位置検出装置の一部分の外観を示す図である。同図に示すように、吊架線４にはハンガ５を吊り下げるためのハンガカバー１３が挿入される。
ハンガカバー１３は樹脂等の絶縁材を用いて円筒状に形成され、両端夫々にハンガ５の外れを防止する鍔部１３ａが形成されている。
ハンガカバー１３には圧力センサを用いたハンガ荷重センサＰが設けられており、ハンガ５が支持する分のトロリ線７の荷重判定に用いられる。
なお、ハンガ荷重センサＰは、エアセクション区間の各ハンガ５に対応して設けられるので、上述した第１実施形態のギャップセンサＧ１〜Ｇ４と同様の符号を付けて区別できるようにする。つまり、ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４とする。但し、以下の説明において、１つのハンガ荷重センサについて説明する場合には、代表としてハンガ荷重センサＰ１を用いることとする。
ハンガ荷重センサＰ１は、図１３に示すように半円筒形に形成され、既設のハンガカバー１３に後から付加できる構造になっている。又、半円筒形の内部には気体あるいは液体が封じ込められ、一方の端の頂点部分に圧力センサ１４が設けられている。

図１２に戻り、ハンガ５は略楕円型のリング状に形成されており、一方の端側がハンガカバー１３に掛けられた状態で吊架線４に吊るされ、他端側がトロリ線７に固定される。ハンガ５の一方の端側がハンガカバー１３に掛けられた状態で吊るされることから、ハンガ荷重センサＰ１にはハンガ５が支持する分のトロリ線７の荷重が加わり、当該荷重に応じた信号レベルのセンサ信号がハンガ荷重センサＰ１から出力されることになる。これに対してパンタグラフ２０(図７参照)によってトロリ線７が持ち上げられた場合、ハンガ５が上方へ移動し、これによってハンガカバー１３から離れると即ちハンガ荷重センサＰ１から離れると、ハンガ荷重センサＰ１には殆ど荷重が掛からなくなり、ハンガ荷重センサＰ１のセンサ信号の信号レベルが略ゼロになる。ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４の各信号レベルを判定することで、エアセクション区間内のパンタグラフ２０の有無及び凡その位置を推定できる。

エアセクション区間内の各ハンガ５に設けられたハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４の出力が図示せぬ電線によって検知ユニット３Ａに入力される。図１４は、検知ユニット３Ａの概略構成を示すブロック図である。検知ユニット３Ａは、上述した検知ユニット３と同様に、ＭＰＵ３１Ａと誘導電源装置３２Ａとを備えて構成される。ＭＰＵ３１Ａの内蔵するメモリには、各ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４の信号レベルを基にエアセクション区間内のパンタグラフの有無を推定する制御プログラムと、各ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４の信号レベル判定用の閾値が書き込まれている。ＭＰＵ３１Ａは、各ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４のセンサ信号を取り込んだ後、夫々の信号レベルを判定し、閾値以下のものがある場合、外部の制御装置１０に作動指令を発報する。また、閾値以下の信号レベルのハンガ荷重センサが１つだけあれば、そのハンガ荷重センサの近傍にパンタグラフが有ると判定し、閾値以下の信号レベルのハンガ荷重センサが２つある場合は、夫々のハンガ５の間にパンタグラフ２０が有ると判定する。

制御装置１０は、ＭＰＵ３１から作動指定の発報があると、エアセクション電位差を解消する制御を行う。例えばエアセクション区間の一方のトロリ線７には給電が行われ、他方のトロリ線７には給電が行われていない場合、一方のトロリ線７への給電を停止する制御を行う。検知ユニット３Ａの誘導電源装置３２Ａは、上述した第１実施形態の検知ユニット３を構成する誘導電源装置３２と同様のものであるので、説明を省略する。

次に、上記構成のパンタグラフ位置検出装置の動作を説明する。なお、この動作説明において、図７と図８を用いることとする。
まず、検知ユニット３から各ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４に電源を供給して各ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４を動作状態にする。図７に示すように、エアセクション区間内にパンタグラフ２０が停止した場合、パンタグラフ２０がトロリ線７を押し上げることにより、ハンガ５が上昇して、該ハンガ５のハンガ荷重センサＰ１の信号レベルが略ゼロになる。またこのとき、他の全てのハンガ荷重センサＰ２〜Ｐ４からは夫々のハンガ５が支持する分のトロリ線７の荷重が加わり、当該荷重に応じた信号レベルのセンサ信号がハンガ荷重センサＰ２〜Ｐ４から出力される。各ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４からのセンサ信号が検知ユニット３ＡのＭＰＵ３１Ａに取り込まれる。ＭＰＵ３１Ａは、各ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４の信号レベルを閾値と比較して閾値以下の信号レベルを検出し、どのハンガ５の近傍にパンタグラフ２０があるかを判定する。
図７に示す状態ではパンタグラフ２０がハンガ荷重センサＰ１のハンガ５の真下にある場合であるので、パンタグラフ２０は該ハンガ５の近傍にあると判定する。一方、パンタグラフ２０が図８に示す状態で停止した場合は、ハンガ荷重センサＰ２とハンガ荷重センサＰ３夫々の信号レベルが略ゼロになるので、ハンガ荷重センサＰ２のハンガ５とハンガ荷重センサＰ３のハンガ５との間にパンタグラフ２０があると判定する。

このように本実施の形態のパンタグラフ位置検出装置によれば、エアセクション区間の吊架線４に上下動可能に取り付けられた各ハンガ５に対して、各ハンガ５が支持するトロリ線７の荷重を検出するハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４と、ハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４夫々の信号レベル変化を検知して所定の閾値以下のものがあれば、電気車のパンタグラフ２０がエアセクション区間内にあると判定する検知ユニット３Ａとを備えるとともに、エアセクション区間の吊架線４のハンガ５を通常区間で使用するものよりも長めのものを使用し、ハンガ５が支持する分のトロリ線７の荷重変化を検知するようにしたので、エアセクション区間内のパンタグラフ２０の有無とその凡その位置を検出することができる。したがって、車両編成の違いによりパンタグラフの位置が異なることや、気動車併用の路線等では、実際にパンタグラフがエアセクション区間に無いのに制御装置が作動してしまう問題を解消できる。

また、検知ユニット３Ａの動作電源をトロリ線７からの誘導を利用して生成するようにしたので、専用の電源を新たに用意する必要がなく設備工事の省力化及びコスト削減が図れる。なお、誘導による電源の取得は、上述したように、ハンガ５を介してトロリ線７を吊架線４に電気的に導通させることによって、吊架線４からも取得が可能である。

なお、本実施の形態では、圧力センサを利用したハンガ荷重センサＰ１〜Ｐ４を用いてハンガ５が支持する分のトロリ線７の荷重変化を検知するようにしたが、図１５に示すように、ハンガカバー１４の内側の面にストレインゲージ１５を設けて、ハンガ５が支持する分のトロリ線７の荷重変化を検知するようにしても良い。

本発明は、エアセクション区間のパンタグラフの有無及び位置を正確に検出することができるといった効果を有し、トロリ線から給電を受けて走行する電気車の電力設備への適用が可能である。

本発明の第１実施形態に係るパンタグラフ位置検出装置を線路側方から見た外観図である。 パンタグラフ位置検出装置を電気車の進行方向から見た外観図である。 パンタグラフ位置検出装置におけるギャップセンサとハンガとの位置関係を示す図である。 パンタグラフ位置検出装置の平面図である。 パンタグラフ位置検出装置の検知ユニットの概略構成を示すブロック図である。 パンタグラフ位置検出装置の誘導電源装置の概略構成を示すブロック図である。 パンタグラフ位置検出装置の動作を説明するための図であり、パンタグラフがギャップセンサ直下にある場合を示す。 パンタグラフ位置検出装置の動作を説明するための図であり、パンタグラフが隣接する２つのギャップセンサ間にある場合を示す。 パンタグラフ位置検出装置の動作を説明するための図であり、パンタグラフが隣接する２つのギャップセンサ間にある場合のギャップを示す。 パンタグラフ位置検出装置の動作を説明するための図であり、パンタグラフが隣接する２つのギャップセンサ間にある場合のギャップを示す。 パンタグラフ位置検出装置の応用例を線路側方から見た外観図である。 本発明の第２実施形態に係るパンタグラフ位置検出装置の一部分の外観を示す図である。 パンタグラフ位置検出装置のハンガ荷重センサと吊架線に取り付けるハンガカバーとの関係を示す図である。 パンタグラフ位置検出装置の誘導電源装置の概略構成を示すブロック図である。 パンタグラフ位置検出装置の応用例を示す図である。

符号の説明

Ｇ１〜Ｇ４ ギャップセンサ
２ 電線
３、３Ａ 検知ユニット
４ 吊架線
５ ハンガ
６ 支柱
７ トロリ線
８ 延長部材
１０ 制御装置
１２ ステー
Ｐ１ ハンガ荷重センサ
１３ ハンガカバー
１３ａ 鍔部
１４ 圧力センサ
１５ ストレインゲージ
２０ パンタグラフ
３１、３１Ａ ＭＰＵ
３２、３２Ａ 誘導電源装置
３２１ エアギャップ付コイル
３２２ 整流器
３２３ チャージ用インバータ
３２４ 充電用キャパシタ
３２５ 定電圧回路

Claims (11)

1. エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対向配置させ、夫々が、対向する前記ハンガとの間の距離に応じた信号レベルのセンサ信号を出力する複数のギャップセンサと、
   前記複数のギャップセンサ夫々の信号レベル変化を検知することで電気車のパンタグラフの前記エアセクション区間内における有無及び位置を判定する判定手段と、
   を備えるパンタグラフ位置検出装置。
2. 前記判定手段は、１つの前記ギャップセンサの信号レベル変化を検知した場合は、該ギャップセンサの直下に前記パンタグラフが位置すると判定し、隣接する２つの前記ギャップセンサ夫々の信号レベル変化を検知した場合は、前記２つのギャップセンサ間に前記電気車のパンタグラフが位置すると判定する請求項１に記載のパンタグラフ位置検出装置。
3. 前記ハンガを介して前記吊架線に吊り下げられるトロリ線からの誘導による電源を取得して前記判定手段及び前記複数のギャップセンサの動作用電源を生成する電源生成手段を備える請求項１又は請求項２に記載のパンタグラフ位置検出装置。
4. エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対して設けられ、前記各ハンガが支持するトロリ線の荷重を検出する複数のハンガ荷重センサと、
   前記複数のハンガ荷重センサ夫々の信号レベル変化を検知することで電気車のパンタグラフの前記エアセクション区間内における有無及び位置を判定する判定手段と、
   を備えるパンタグラフ位置検出装置。
5. 前記判定手段は、１つの前記ハンガ荷重センサの信号レベル変化を検知した場合は、該ハンガ荷重センサの直下に前記パンタグラフが位置すると判定し、隣接する２つの前記ハンガ荷重センサ夫々の信号レベル変化を検知した場合は、前記２つのハンガ荷重センサ間に前記電気車のパンタグラフが位置すると判定する請求項４に記載のパンタグラフ位置検出装置。
6. 前記ハンガを介して前記吊架線に吊り下げられるトロリ線からの誘導による電源を取得して前記判定手段及び前記複数のハンガ荷重センサの動作用電源を生成する電源生成手段を備える請求項４又は請求項５に記載のパンタグラフ位置検出装置。
7. トロリ線を把持し吊架線に上下動可能に支持されるハンガにおいて、
   エアセクション区間用として、通常区間に使用されているものよりも長めに形成され、前記エアセクション区間のトロリ線を通常区間より下がった状態にするハンガ構造。
8. 請求項４から請求項６のいずれかに記載のハンガ荷重センサにおいて、
   前記ハンガ荷重センサとして圧力センサを用い、該圧力センサを、トロリ線を把持し吊架線に上下動可能に支持されるハンガと該ハンガを吊り下げるため前記吊下線に取り付けられるハンガカバーとの間に介挿することを特徴とするセンサ構造。
9. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のパンタグラフ位置検出装置と、
   請求項７に記載のハンガ構造と、
   を備えるパンタグラフ位置検出システム。
10. エアセクション区間の吊架線と平行で且つ離間させて電線を架設すると共に、前記エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対向するように前記電線に複数のギャップセンサを接続し、前記複数のギャップセンサ夫々が対向位置にある前記ハンガとの間の距離に応じた信号レベルのセンサ信号を出力するのを検知し、該センサ信号の信号レベル変化を検知することで電気車のパンタグラフの前記エアセクション区間内における有無及び位置を判定するパンタグラフ位置検出方法。
11. エアセクション区間の吊架線に上下動可能に取り付けられた複数のハンガ夫々に対し、前記各ハンガが支持するトロリ線の荷重を検出する複数のハンガ荷重センサを設け、該各ハンガ荷重センサの信号レベル変化を検知することで電気車のパンタグラフの前記エアセクション区間内における有無及び位置を判定するパンタグラフ位置検出方法。