JP2008245415A - Pantograph and method of improving following characteristics of pantograph - Google Patents
Pantograph and method of improving following characteristics of pantograph Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008245415A JP2008245415A JP2007081572A JP2007081572A JP2008245415A JP 2008245415 A JP2008245415 A JP 2008245415A JP 2007081572 A JP2007081572 A JP 2007081572A JP 2007081572 A JP2007081572 A JP 2007081572A JP 2008245415 A JP2008245415 A JP 2008245415A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pantograph
- magnet
- spring element
- sliding portion
- side magnet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電気鉄道においてトロリ線からの集電を行うパンタグラフ、及び、このようなパンタグラフの追随特性向上方法に関する。特には、車両の速度変化等に起因してトロリ線からの加振周波数が変化する場合であっても、広い周波数帯域において良好な追随特性が得られるパンタグラフ及びパンタグラフの追随特性向上方法に関する。 The present invention relates to a pantograph that collects current from a trolley line in an electric railway, and a method for improving the following characteristics of such a pantograph. In particular, the present invention relates to a pantograph and a method for improving the tracking characteristic of a pantograph that can provide good tracking characteristics in a wide frequency band even when the excitation frequency from the trolley line changes due to a change in the speed of the vehicle or the like.
現状の営業用の電気鉄道においては、トロリ線からパンタグラフを介して車両に電力を送る方式が一般的である。車体に対するトロリ線の高さは一定ではなく、例えばトロリ線を支持するハンガの配置間隔等に応じた高さ変化(凹凸)があることから、車両の走行時にパンタグラフの舟体はトロリ線から周期的に変動する加振を受けることになる。ここで、舟体に設けられたすり板体がトロリ線の高さ変化に追随しきれずにトロリ線から離れる離線が生ずると、すり板体とトロリ線との間にスパークが生じてすり板体の損耗が進み問題となる。そのため、パンタグラフには、すり板体のトロリ線に対する追随特性を向上することにより、離線が極力起こらないことが求められる。 In current electric railways for business use, a method of sending electric power from a trolley line to a vehicle via a pantograph is common. The height of the trolley wire with respect to the vehicle body is not constant. For example, there is a height change (unevenness) according to the arrangement interval of the hangers that support the trolley wire, so the pantograph hulls cycle from the trolley wire when the vehicle is running. Will be subject to fluctuations. Here, if the sliding plate provided in the boat body does not follow the trolley line height change and leaves the trolley line, a spark occurs between the sliding plate body and the trolley line. The wear and tear becomes a problem. Therefore, it is required for the pantograph that separation is not generated as much as possible by improving the following characteristic of the sliding plate body with respect to the trolley line.
従来、パンタグラフのトロリ線に対する追随特性を向上する技術として、以下のものが知られている。
(1)複数個の舟体が互いに独立に振動可能となるように、各々の舟体を共通の支持体で弾性支持し、各舟体の弾性支持系の共振点を相互に重ならないようにずらす(例えば、特許文献1を参照)。
(2)前後1対の舟体を設けて、各舟体の質量を異ならせるとともに、各舟体の車幅方向両端部にそれぞれ設けられた復元バネのバネ定数を前後左右で異ならせる(例えば、特許文献2を参照)。
(3)複数個の舟体をそれぞれ個別に上下動させる駆動機構を備え、各舟体を一定周期で相互に所定時間ずらして上下動させることによって、各舟体のいずれかが常にトロリ線に接するように制御する(例えば、特許文献3を参照)。
(1) Each boat body is elastically supported by a common support so that a plurality of boat bodies can vibrate independently of each other, and the resonance points of the elastic support systems of the boat bodies do not overlap each other. Shift (see, for example, Patent Document 1).
(2) A pair of front and rear hulls is provided to vary the mass of each hull, and the spring constants of the restoring springs provided at both ends in the vehicle width direction of each hull are different from front to back and left and right (for example, , See Patent Document 2).
(3) Provided with a drive mechanism that individually moves a plurality of hulls up and down individually, and by moving each hull up and down with a certain period of time from each other for a predetermined time, one of the hulls is always on a trolley line. It controls so that it may contact | connect (for example, refer patent document 3).
しかし、上記した各特許文献の従来技術は、複数の舟体を必要とすることからパンタグラフの構造が複雑化し、重量も大きくなる。さらに、既存のパンタグラフを改修して適用することも困難である。
また、電気鉄道の高速化に伴い、パンタグラフには広範な速度域で良好な追随特性を発揮することが要求されている。
However, since the prior arts of the above-mentioned patent documents require a plurality of boat bodies, the structure of the pantograph becomes complicated and the weight increases. Furthermore, it is difficult to modify and apply existing pantographs.
Moreover, with the speeding up of electric railways, pantographs are required to exhibit good tracking characteristics in a wide speed range.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、パンタグラフの複雑化を引き起こすことなく広範な車両走行速度域において集電摺動部のトロリ線への追随特性を向上したパンタグラフ、及び、パンタグラフの追随特性向上方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a pantograph with improved tracking characteristics of the current collector sliding portion in the trolley line in a wide vehicle travel speed range without causing complication of the pantograph, and An object of the present invention is to provide a method for improving the following characteristics of a pantograph.
上記の課題を解決するため、本発明のパンタグラフは、トロリ線に接触する集電摺動部と、前記集電摺動部を車体に対し変位可能に支持する支持機構と、を備えるパンタグラフであって、さらに、前記集電摺動部側に設けられた摺動部側磁石、及び、前記支持機構側に設けられ前記摺動部側磁石との間で反発力を発生する支持機構側磁石を有するバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素と、前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変磁気バネ要素の前記バネ定数を変更する制御手段と、を備えることを特徴とする。
なお、本明細書、請求の範囲等において、「磁気バネ要素」とは、複数の磁石間に作用する反発力によってバネ反力を得るバネ要素を意味するものとし、ここでいう磁石には、磁性材料に着磁を施した永久磁石のほか、磁性材料の周囲に設けられたコイルに通電したときのみ磁力を発生する電磁石も含むものとする。
In order to solve the above-described problems, a pantograph of the present invention is a pantograph including a current collector sliding portion that contacts a trolley wire and a support mechanism that supports the current collector sliding portion so as to be displaceable with respect to a vehicle body. In addition, a sliding part side magnet provided on the current collecting sliding part side, and a support mechanism side magnet provided on the support mechanism side and generating a repulsive force with the sliding part side magnet are provided. A variable magnetic spring element having a variable spring constant, and control for changing the spring constant of the variable magnetic spring element according to a dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current-collecting sliding portion when the vehicle is running And means.
In the present specification, claims, etc., the term “magnetic spring element” means a spring element that obtains a spring reaction force by a repulsive force acting between a plurality of magnets. In addition to a permanent magnet magnetized on a magnetic material, an electromagnet that generates a magnetic force only when a coil provided around the magnetic material is energized is also included.
パンタグラフの集電摺動部のトロリ線に対する追随振幅特性は、周波数に応じていくつかのピークと谷とが現れるのが一般的である。このようなピークが現れる周波数(卓越周波数)や谷のみられる周波数は集電摺動部を支持するバネ要素のバネ定数に応じて変化する。
本発明によれば、車両の走行時にトロリ線が集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて、上記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することによって、良好な追随振幅が得られる周波数帯をシフトさせてパンタグラフの追随特性を向上することができる。これによって、例えば複数の舟体を設ける等のパンタグラフの構造を複雑化することなく、広範な車両走行速度域にわたってパンタグラフの追随特性を向上することができる。
As for the following amplitude characteristic with respect to the trolley line of the current collector sliding part of the pantograph, several peaks and valleys generally appear according to the frequency. The frequency at which such a peak appears (dominant frequency) and the frequency at which the valley appears are changed according to the spring constant of the spring element that supports the current collector sliding portion.
According to the present invention, the frequency at which a good tracking amplitude can be obtained by changing the spring constant of the variable magnetic spring element according to the dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current collecting sliding portion when the vehicle is running. The tracking characteristics of the pantograph can be improved by shifting the band. Accordingly, the following characteristics of the pantograph can be improved over a wide range of vehicle traveling speeds without complicating the structure of the pantograph, for example, by providing a plurality of boat bodies.
本発明のパンタグラフにおいて、前記制御手段が前記車両の走行速度変化に応じて前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更するものとできる。
すなわち、トロリ線が集電摺動部を加振する卓越周波数は、トロリ線を支持するハンガ等の配置間隔がほぼ一定である場合には、車両の走行速度にほぼ比例する。一方、バネ要素のバネ定数を上げる(大きくする)ことによって追随振幅特性のピークを周波数が高い側へシフトさせることができるため、車両の走行速度に応じてバネ定数を上げることによって、良好な追随振幅特性を得ることができる。
この場合、バネ要素のバネ定数は、連続的に変えてもよく、また、段階的に変えてもよい。
In the pantograph of the present invention, the control means may change a spring constant of the variable magnetic spring element in accordance with a change in the traveling speed of the vehicle.
That is, the dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current collector sliding portion is substantially proportional to the traveling speed of the vehicle when the arrangement interval of hangers that support the trolley wire is substantially constant. On the other hand, by increasing (increasing) the spring constant of the spring element, the peak of the tracking amplitude characteristic can be shifted to the higher frequency side. Therefore, by increasing the spring constant according to the traveling speed of the vehicle, good tracking can be achieved. Amplitude characteristics can be obtained.
In this case, the spring constant of the spring element may be changed continuously or may be changed stepwise.
本発明のパンタグラフは、前記可変磁気バネ要素の前記摺動部側磁石と前記支持機構側磁石との間隔を変更する磁石間隔変更手段を備えることができる。
これによれば、磁石の間隔を広げることによって可変磁気バネ要素のバネ定数を低くすることができ、また、磁石の間隔を狭めることによって可変磁気バネ要素のバネ定数を高くすることができる。
The pantograph of the present invention can include magnet interval changing means for changing an interval between the sliding portion side magnet and the support mechanism side magnet of the variable magnetic spring element.
According to this, the spring constant of the variable magnetic spring element can be lowered by widening the gap between the magnets, and the spring constant of the variable magnetic spring element can be raised by narrowing the gap between the magnets.
また、本発明は、透磁率が空気と異なる材料で形成された透磁率調整部材を有し、磁石間の透磁率を変更する手段を備える構成とすることができる。
これによれば、摺動部側磁石と支持機構側磁石との間の磁束密度を変化させて可変磁気バネ要素のバネ定数を変化させることができる。
ここで、透磁率調整部材は、透磁率が相互に異なったものを複数設けて、磁石間に挿入される透磁率調整部材を選択して、可変磁気バネ要素のバネ定数を調節するようにしてもよい。また、透磁率が相互に異なった複数の透磁率調整部材を磁石間に単独で、及び、積み重ねた状態で挿入可能とし、挿入される透磁率調整部材の組み合わせを変えることによってバネ定数を制御してもよい。
Moreover, this invention can be set as the structure which has a magnetic permeability adjustment member formed with the material from which magnetic permeability differs from air, and is provided with the means to change the magnetic permeability between magnets.
According to this, the spring constant of the variable magnetic spring element can be changed by changing the magnetic flux density between the sliding part side magnet and the support mechanism side magnet.
Here, the magnetic permeability adjusting member is provided with a plurality of mutually different magnetic permeability, and the magnetic permeability adjusting member inserted between the magnets is selected to adjust the spring constant of the variable magnetic spring element. Also good. In addition, a plurality of magnetic permeability adjusting members having different magnetic permeability can be inserted between magnets individually and in a stacked state, and the spring constant is controlled by changing the combination of the magnetic permeability adjusting members to be inserted. May be.
本発明のパンタグラフは、前記可変磁気バネ要素の前記支持機構側磁石は、前記集電摺動部を前記トロリ線方向に付勢する第1の磁石と、前記集電摺動部を前記トロリ線から離間する方向に付勢する第2の磁石とを備える構成とすることができる。 In the pantograph of the present invention, the support mechanism-side magnet of the variable magnetic spring element includes a first magnet that biases the current-collecting sliding portion in the trolley line direction, and the current-collecting sliding portion as the trolley wire. And a second magnet that urges in a direction away from the second magnet.
本発明のパンタグラフの追随特性向上方法は、トロリ線に接触する集電摺動部と、前記集電摺動部を車体に対して変位可能に支持する支持機構と、を有するパンタグラフの追随特性向上方法であって、前記集電摺動部側に摺動部側磁石を設けるとともに、前記支持機構側に前記摺動部側磁石との間で反発力を発生する支持機構側磁石を有するバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素を設け、前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することを特徴とする。
この場合、前記車両の走行速度変化に応じて、前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変化させることができる。
The method for improving the following characteristic of a pantograph according to the present invention is a method for improving the following characteristic of a pantograph having a current collecting sliding part that contacts a trolley wire and a support mechanism that supports the current collecting sliding part so as to be displaceable with respect to a vehicle body. A spring constant having a support mechanism side magnet that generates a repulsive force with the slide mechanism side magnet on the support mechanism side while providing a slide section side magnet on the current collecting slide section side A variable magnetic spring element that can be changed, and a spring constant of the variable magnetic spring element is changed according to a dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current-collecting sliding portion when the vehicle is running. To do.
In this case, the spring constant of the variable magnetic spring element can be changed according to a change in the traveling speed of the vehicle.
以上のように、本発明によれば、集電摺動部がトロリ線によって加振される周波数に応じて、集電摺動部をトロリ線方向に付勢する可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することによって、良好な追随振幅が得られる周波数帯をシフトさせてパンタグラフの追随特性を向上することができる。 As described above, according to the present invention, the spring constant of the variable magnetic spring element that urges the current collector sliding portion in the direction of the trolley wire in accordance with the frequency at which the current collector sliding portion is excited by the trolley wire. By changing, it is possible to improve the tracking characteristics of the pantograph by shifting the frequency band where a favorable tracking amplitude is obtained.
<第1の実施形態>
以下、図面を参照しつつ本発明を適用したパンタグラフの第1の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、通常の鉄道車両の技術におけるのと同様に、レールの長手方向(車両の進行方向)を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角をなす方向を左右方向(車幅方向)、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a pantograph to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In the following description, the rail longitudinal direction (vehicle traveling direction) is the front-rear direction and the direction perpendicular to the rail longitudinal direction on the track surface is the left-right direction (vehicle width), as in the ordinary railcar technology. Direction), the direction perpendicular to the track surface is called the up-down direction.
図1は、第1の実施形態のパンタグラフを車両の進行方向から見た模式的正面図である。
図2は、図1のII部模式的斜視図である。
パンタグラフ1は、舟体10、台枠20、枠体30等を備え、舟体10と枠体30との間には磁気バネユニット100が設けられている。
FIG. 1 is a schematic front view of the pantograph of the first embodiment viewed from the traveling direction of the vehicle.
FIG. 2 is a schematic perspective view of part II in FIG.
The pantograph 1 includes a
舟体10は、ほぼ車幅方向に沿って伸びた梁状の部材であって、すり板体11を備える。舟体10は、本発明にいう集電摺動部である。
すり板体11は、トロリ線(給電線・架線)Tに接触し、車両の走行時にはトロリ線Tと摺動して導通を確保するプレート状の部材である。すり板体11は、例えば鉄系や銅系の焼結合金製、あるいは、カーボン系材料からなる。トロリ線Tは、ほぼ車両の進行方向に沿って伸びているが、すり板体11の局所的な摩耗を防止するため、すり板体11の有効幅内において蛇行して配置されている。
また、舟体10には、その下側に突き出して形成され、磁気バネユニット100と接続される接続ステー12が設けられている。この接続ステー12は、車幅方向に離間して1対が設けられている。
The
The
Further, the
台枠20は、車体の屋根に固定され、パンタグラフ1の基部として機能する部分である。また、台枠20と車体屋根との間には、絶縁用の碍子21が設けられている。
The
枠体(支持機構)30は、舟体10を車体に対して上下方向に変位可能に支持するリンク機構を備えている。枠体30は、すり板体11がトロリ線Tに当接した上昇状態と、パンタグラフ1の不使用時にすり板体11がトロリ線Tから離間した下降状態とをとることができる。
枠体30は、上枠31、下枠32、ヒンジ33、天井管34等を備えている。
The frame body (support mechanism) 30 includes a link mechanism that supports the
The
上枠31、下枠32は、枠体30の上部、下部をそれぞれ構成するレバー状の部材である。
ヒンジ33は、上枠31の下端部と下枠32の上端部とを相互に揺動可能に接続するものである。
天井管34は、上枠31の上端部に接続され、車幅方向にほぼ沿って梁状に伸びた部材であって、舟体10を磁気バネユニット100を介して支持するものである。
また、枠体30は、天井管34がトロリ線T方向に押し上げられる方向に付勢する図示しない枠体付勢バネ要素を備えている。
The
The
The
In addition, the
磁気バネユニット100は、舟体10の接続ステー12と枠体30の天井管34との間に設けられ、そのバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素(可変剛性機構)である。
磁気バネユニット100は、付勢力伝達レバー110、舟体側マグネット120、枠体側マグネット130,140、ガイド機構150、マグネット送り機構160を備えている。
The
The
付勢力伝達レバー110は、磁気バネユニット100の付勢力を舟体10側へ伝達する部材である。付勢力伝達レバー110は、長手方向を車幅方向に沿わせて配置された矩形のプレート状に形成されている。付勢力伝達レバー110の車幅方向内側の端部は、舟体10の接続ステー12に固定されている。また、付勢力伝達レバー110の車幅方向外側の端部には、舟体側マグネット120が挿入される開口111が上下方向に貫通して形成されている。
The urging
舟体側マグネット120及び枠体側マグネット130,140は、円環状に形成された永久磁石であって、その中心軸方向に沿った両端側にN極、S極がそれぞれ設けられている。
舟体側マグネット120は、その中心軸がほぼ鉛直方向となるように付勢力伝達レバー110の開口111内に挿入され、固定されている。
枠体側マグネット130,140は、それぞれ舟体側マグネット120の上方及び下方に、舟体側マグネット120と同じ極が対向する向きで相互に間隔を隔てて配置されている。これらの枠体側マグネット130,140は、ガイド機構150を介して枠体の天井管34の車幅方向両端部における上方側に支持されている。枠体側マグネット130,140は、これらが舟体側マグネット120との間で生ずる反発力によって、舟体10をトロリ線Tから離間させる方向、及び、舟体10をトロリ線T側に押圧する方向にそれぞれ付勢している。
The ship
The hull-
The frame-
ガイド機構150は、枠体側マグネット130,140を舟体側マグネット120に対して鉛直方向に変位可能に支持するものである。ガイド機構150は、レール部151、マグネット保持部152,153等を備えている。
レール部151は、天井管34の上面部から上方へ突き出して形成され、マグネット保持部152,153をその長手方向に沿って直進案内する。
マグネット保持部152,153は、それぞれ枠体側マグネット130の上側及び枠体側マグネット140の下側にそれぞれ設けられ、これらの各マグネットが固定されるとともに、レール部151によって支持されている。
また、これらマグネット保持部152,153は、後述するマグネット送り機構160のネジ軸161が挿入され、このネジ軸161と協働してボールネジ機構を形成するものであって、図示しないボール及びこのボールを循環させる循環路を備えている。
The
The
The
In addition, a
マグネット送り機構160は、舟体側マグネット120と枠体側マグネット130,140との間隔を変更するものであり、本発明にいう磁石間隔変更手段である。マグネット送り機構160は、ネジ軸161、モータ162を備えている。
ネジ軸161は、その中心軸がほぼ鉛直方向に沿って配置され、外周面部に上述したマグネット保持部152,153との間でボールネジ機構を形成するネジ溝が形成されている。ここで、各マグネット保持部152,153との間でそれぞれボールネジ機構を形成する各ネジ溝は、一方が逆ネジとなっている。例えば、マグネット保持部152に対応する上側の領域では右ネジとなっており、マグネット保持部153に対応する下側の領域では左ネジとなっている。これによって、ネジ軸161は、上方から見て時計回りに回転させることによって、マグネット保持部152を上昇させるとともに、マグネット保持部153を下降させることができ、反時計回りに回転させることによって、マグネット保持部152を下降させるとともに、マグネット保持部153を上昇させる。
ネジ軸161は、付勢力伝達レバー110に固定された舟体側マグネット120、支持機構側マグネット130,140、ガイド機構150のマグネット保持部152,153を貫通して配置されている。また、舟体側マグネット120は、ネジ軸161によって、その長手方向に沿って相対移動可能に案内されている。
モータ162は、天井管34の下部に設けられ、ネジ軸161の下端部と接続されている。モータ162は、図示しない制御装置による制御に応じてネジ軸161をその中心軸回りに回転駆動する。
The
The center axis of the
The
The
次に、第1の実施形態におけるパンタグラフの制御方法(追随特性向上方法)について説明する。
この制御方法は、車両の広い速度帯域においてパンタグラフの追随振幅特性を向上させることを主眼においたものである。ここで、追随振幅とは、車両の走行時にパンタグラフの集電摺動部がトロリ線の上下方向変位等によって加振された際に、離線することなくトロリ線に追随可能な最大振幅をいう。この追随振幅特性は、パンタグラフの集電性能を評価する代表的指針である。これを数値的に評価する一つの方法として、単純なバネ−質点モデルを用いることができる。
Next, a pantograph control method (following characteristic improving method) in the first embodiment will be described.
This control method is intended to improve the following amplitude characteristic of the pantograph in a wide speed band of the vehicle. Here, the following amplitude refers to the maximum amplitude that can follow the trolley line without being separated when the current collector sliding portion of the pantograph is vibrated by the vertical displacement of the trolley line or the like when the vehicle is traveling. This following amplitude characteristic is a typical guideline for evaluating the current collection performance of the pantograph. As a method for numerically evaluating this, a simple spring-mass model can be used.
図3は、追随振幅特性の評価に用いられるバネ−質点モデルを示す図である。
追随振幅は周波数応答であって、例えば、ハンガの配置間隔等に起因する所定の周期の正弦波状に高さ変化を有する剛体トロリ線をパンタグラフが摺動しながら走行する場合に、離線を起こすことなく走行可能なトロリ線凹凸の最大振幅を意味する。
FIG. 3 is a diagram showing a spring-mass model used for evaluation of the tracking amplitude characteristic.
The following amplitude is a frequency response, and for example, when a pantograph slides on a rigid trolley wire having a height change in a sine wave shape of a predetermined period due to the arrangement interval of hangers, etc., it causes separation. This means the maximum amplitude of the trolley wire unevenness that can be run without any problems.
図4は、パンタグラフの追随振幅特性の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動周波数を示し、縦軸は追随振幅を示している。追随振幅は、低い周波数では大きく、周波数が高くなるにつれて低下する傾向を有する。ただし、追随振幅は周波数に対して単純減少するのではなく、いくつかのピークと谷が現れることが一般的である。
これらのピークと谷が現れる周波数は、図3に示す質量m1,m2と剛性k1によって決定される。また、トロリ線凹凸の周波数は、ハンガ等の出現周期と列車の走行速度とで決まると考えることができる。ハンガの出現周期をL、列車の走行速度をVとすると、トロリ線凹凸の周波数fは、f=V/Lで与えられる。
FIG. 4 is a graph showing an example of the following amplitude characteristic of the pantograph. The horizontal axis of the graph indicates the vibration frequency, and the vertical axis indicates the tracking amplitude. The tracking amplitude is large at a low frequency and tends to decrease as the frequency increases. However, the following amplitude does not simply decrease with respect to the frequency, but generally several peaks and valleys appear.
The frequency at which these peaks and valleys appear is determined by the masses m 1 and m 2 and the stiffness k 1 shown in FIG. Moreover, it can be considered that the frequency of the trolley line unevenness is determined by the appearance cycle of hangers and the traveling speed of the train. When the appearance period of the hanger is L and the traveling speed of the train is V, the frequency f of the trolley line unevenness is given by f = V / L.
したがって、追随性能の良いピークが現れる周波数(二番目の卓越周波数)を、ハンガ等に起因するトロリ線の凹凸波長と列車の走行速度で決まる周波数にほぼ一致させることができれば、追随振幅特性が良好な状態で走行することができる。しかし、列車の速度は変化するため、図4のような追随振幅特性の良い周波数帯域が狭いパンタグラフを用いている場合は、広範な速度範囲にわたって良好な特性を維持することは困難である。そこで、本発明においては、トロリ線による舟体への加振周波数に相関するパラメータである車両の走行速度に応じて、追随振幅特性を変化させ、その時の速度で良好な追随振幅特性となるようにする着想の下、磁気バネユニット100のバネ定数を変更している。
Therefore, if the frequency at which the peak with good tracking performance appears (the second dominant frequency) can be made to substantially coincide with the frequency determined by the uneven wavelength of the trolley wire caused by the hanger, etc. and the traveling speed of the train, the tracking amplitude characteristic is good. It is possible to travel in a state. However, since the train speed changes, it is difficult to maintain good characteristics over a wide speed range when using a pantograph with a narrow frequency band with good following amplitude characteristics as shown in FIG. Therefore, in the present invention, the following amplitude characteristic is changed in accordance with the traveling speed of the vehicle, which is a parameter correlated with the vibration frequency of the boat body by the trolley line, so that the following amplitude characteristic is good at the speed at that time. The spring constant of the
図3において、mpは舟体10、すり板体11、磁気バネユニット100の付勢力伝達レバー110および舟体側マグネット120の質量の和であり、m2は磁気バネユニット100の残部(バネ下部分)及び枠体30等の質量である。また、可変剛性機構である磁気バネユニット100のバネ定数(剛性)をk1で表す。さらに、枠体30は、静押上力Fsで磁気バネユニット100を押し上げている。c1,c2は減衰定数である。質点mp,m2の変位をx1,x2(上向きを正)と表し、質点mpに作用するトロリ線Tの接触力をFcとおくと、図3の振動系の運動方程式は、以下の式1のように与えられる。
上記した式1は、以下の式2のように行列表記することができる。
パンタグラフがトロリ線凹凸により角周波数ωで周期的に振動していると仮定する。この振動は接触力変動によって引き起こされるものであるから、外力ベクトルは直流成分であるFsからの変動のみを考えればよい。しがたって、外力の変動F1を用いて、以下の式3のように表わすことができる。
式5は接触力変動とパンタグラフの各質点変位との関係を表わしており、パンタグラフが離線しない条件は、接触力変動の大きさが静押上力Fsを超えないことである。そこで、離線を生じない最大の振幅、つまり追随振幅は、式3にF1=Fsを代入し、式6で表わされるX1の絶対値を求めることによって得ることができる。
ここで、接触力変動の角周波数ωは、ハンガ等の凹凸波長Lと列車走行速度Vによって、式7のように表わされる。
図5は、磁気バネユニット100のバネ定数(剛性)を変化させた場合の追随振幅特性の変化の一例を示すグラフである。
計算に際し、各パラメータは以下の通り設定した。
m1=10.3(kg)
m2=11.2(kg)
c1=50(Ns/m)
c2=80(Ns/m)
k0=14700(N/m)
Fs=50(N)
L=5(m)
FIG. 5 is a graph showing an example of changes in the tracking amplitude characteristic when the spring constant (rigidity) of the
In the calculation, each parameter was set as follows.
m 1 = 10.3 (kg)
m 2 = 11.2 (kg)
c 1 = 50 (Ns / m)
c 2 = 80 (Ns / m)
k 0 = 14700 (N / m)
Fs = 50 (N)
L = 5 (m)
図5中の破線は、磁気バネユニット100のバネ定数を連続的に変化させたときのピークの点の軌跡をプロットしたものである。図5からバネ定数を変化させることによって、追随振幅特性のピークが現れる列車走行速度が大きくなることがわかる。そこで、本実施形態のパンタグラフにおいては、列車走行速度の増加に応じて、磁気バネユニット100のバネ定数を増加させる制御を行う。
The broken line in FIG. 5 plots the locus of the peak point when the spring constant of the
次に、磁気バネにおける反発力及びバネ定数について説明する。
図6は、一対の磁石からなる磁気バネ要素のモデル図である。
ここで、同じ極が対面するように、初期位置(変位x=0)における間隔Lとして配置された上側磁石Mu、下側磁石Mlの間に、磁石の間隔が変位xだけ変化した場合に作用する反発力Fは、以下の式8によって表される。
FIG. 6 is a model diagram of a magnetic spring element composed of a pair of magnets.
Here, when the distance between the magnets is changed by the displacement x between the upper magnet Mu and the lower magnet Ml arranged as the distance L at the initial position (displacement x = 0) so that the same poles face each other. The repulsive force F to be expressed is expressed by the following
次に、本実施形態のように3個の磁石によって磁気バネ要素を構成した場合の反発力及びバネ定数について説明する。
図7は、3個の磁石からなる磁気バネ要素のモデル図である。
図7に示すように、初期位置において上下の磁石Mu、Mlがそれぞれ中間の磁石Mmから間隔Lだけ離間した状態で平衡しており、上下の磁石Mu、Mlが固定され、中間の磁石Mmはこれら上下の磁石Mu、Mlに対して上下方向に相対移動可能である場合、中間の磁石Mmが変位xだけ移動した場合の反発力Fは、以下の式10によって表される。
FIG. 7 is a model diagram of a magnetic spring element composed of three magnets.
As shown in FIG. 7, in the initial position, the upper and lower magnets Mu and Ml are balanced with a distance L from the intermediate magnet Mm, the upper and lower magnets Mu and Ml are fixed, and the intermediate magnet Mm is When the upper and lower magnets Mu and Ml can move relative to each other in the vertical direction, the repulsive force F when the intermediate magnet Mm moves by the displacement x is expressed by the following equation (10).
以上のことから、本実施形態の場合には、磁気バネユニット100のバネ定数は、中立位置における舟体側マグネット120からの枠体側マグネット130,140までの間隔を変更するか、又は、磁石固有の定数kmを変化させることによって変更することができる。
そこで、本実施形態においては、図示しない制御装置は、列車の走行速度増加に応じてマグネット送り機構160のモータ162を駆動して、この間隔を狭くして磁気バネユニット100のバネ定数を大きくする制御を行う。一方、車両の減速時には、制御装置は車両の走行速度低下に応じて間隔を広くし、磁気バネユニット100のバネ定数を小さくする制御を行う。
このような間隔を変更する制御は、例えば、車速の変化に応じて連続的に行うようにしてもよく、また、段階的に行うようにしてもよい。
From the above, in the case of the present embodiment, the spring constant of the
Therefore, in the present embodiment, a control device (not shown) drives the
Such control for changing the interval may be performed continuously according to a change in the vehicle speed, or may be performed stepwise.
以上説明した第1の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)列車の走行速度増加に応じて、磁気バネユニット100の枠体側マグネット130,140の舟体側マグネット120との間隔を狭め、バネ定数を増加させることによって、舟体10のトロリ線Tへの追随振幅特性のピークを周波数が高い方向へシフトさせることができる。これによって、列車の走行速度が広範な範囲で変化した場合であっても、各速度に対応した良好な追随振幅特性を得て離線の発生を低減することができる。
(2)例えば複数の舟体を備える等、パンタグラフの構造を大きく変更する必要がないことから、パンタグラフの構造を簡素化するとともに、既存のパンタグラフにも比較的小規模の改修によって容易に適用することができる。
(3)舟体10の付勢に上述した磁気バネユニット100を用いることによって、マグネット送り機構160による各マグネットの間隔の調整によって簡単にバネ定数の変更を行うことができる。
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) To the trolley line T of the
(2) Since there is no need to greatly change the structure of the pantograph, for example, by providing a plurality of hulls, the structure of the pantograph is simplified, and it is easily applied to existing pantographs with relatively small modifications. be able to.
(3) By using the
<第2の実施形態>
次に本発明を適用したパンタグラフの第2の実施形態について、図8、図9を参照しつつ説明する。以下、上述した第1の実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図8は、第2の実施形態のパンタグラフを車両の進行方向から見た模式的正面図である。
図9は、図8のIX部模式的斜視図である。
第2の実施形態のパンタグラフ2は、第1の実施形態の磁気バネユニット100に代えて、以下説明する磁気バネユニット200を備えている。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the pantograph to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. In the following, portions that are substantially the same as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences are mainly described.
FIG. 8 is a schematic front view of the pantograph of the second embodiment as viewed from the traveling direction of the vehicle.
FIG. 9 is a schematic perspective view of a part IX in FIG.
The
磁気バネユニット200においては、第1の実施形態の磁気バネユニット100におけるガイド機構150、マグネット送り機構160に代えて、以下説明するフレーム250、調整プレート挿入装置260を備えている。
The
フレーム250は、天井管34の上面部から上方に突き出した柱状部251、及び、柱状部251の上端部から車幅方向内側へほぼ水平に突き出した梁部252を備えている。また、梁部252の下面部と、天井管34の上面部とにわたして、舟体側マグネット120を上下方向に直進案内する円柱状のガイド軸253が設けられている。
The
この第2の実施形態においては、枠体側マグネット130は、フレーム250の梁部252の下面部に固定され、枠体側マグネット140は、天井管34の上面部に固定されている。
ガイド軸253は、舟体側マグネット120、枠体側マグネット130,140に挿入されており、舟体側マグネット120及び付勢力伝達レバー110は、ガイド軸253に沿って上下方向に移動可能となっている。
In the second embodiment, the frame
The
調整プレート挿入装置260は、舟体側マグネット120と枠体側マグネット130,140との間に、空気とは透磁率が異なった材料からなる透磁率調整用のプレートを挿入して各マグネット間の磁束密度を変化させて反発力を調節し、磁気バネユニット200のバネ定数を変更するものである。調整プレート挿入装置260は、本発明にいう磁束密度変更手段である。調整プレート挿入装置260は、舟体側マグネット120の上側、下側にプレートを挿入するためのものがそれぞれ設けられ、前者はフレーム250の梁部252の下面部に設けられ、後者は天井管34の上面部に設けられている。
調整プレート挿入装置260は、例えば2枚の調整プレート261,262、回転軸263を備えている。
The adjusting
The adjustment
調整プレート261,262は、それぞれ異なった透磁率の材料によって形成され、各マグネットの間に挿入されることによってマグネット間の透磁率を変化させ、これによって各マグネット間における磁束密度を変化させるものである。調整プレート261,262は、円環状の平板の周方向における一箇所を切り欠いて略C字状に形成される。この切り欠きは、調整プレート261,262を舟体側マグネット120と枠体側マグネット130,140の間に挿入し、あるいは退避させる際に、ガイド軸253を通すためのものである。なお、調整プレート261,262が各マグネット間に挿入された状態においては、ガイド軸253は調整プレート261,262の中央部の開口内に収容される。
The
回転軸263は、フレーム250の梁部252の下面部及び天井管34の上面部からそれぞれ鉛直方向に突き出して形成され、図示しないモータ等のアクチュエータによってその中心軸回りに回転する。このモータは、図示しない制御装置によって制御される。回転軸263は、外周面から外径側へ突き出したステーを介して調整プレート261,262を支持し、上述した回転をすることによって、(1)各マグネット間に調整プレート261を挿入し調整プレート262は退避した状態、(2)各マグネット間に調整プレート262を挿入し調整プレート261は退避した状態、(3)調整プレート261,262ともに各マグネット間から退避した状態とを選択可能となっている。
The
第2の実施形態において、図示しない制御装置は、列車の走行速度増加に応じてモータを制御して回転軸263を回転させ、舟体側マグネット120と枠体側マグネット130,140との間の透磁率を順次高くし、磁気バネユニット200のバネ定数を大きくする。具体的には、車両の走行速度が低い領域においては、調整プレート261、262のうち透磁率が低いものを各マグネット間に挿入する。そして、車両の走行速度増加に応じて、先ず現在挿入されている調整プレートを退避させて透磁率が高い側の調整プレートを挿入する。さらに車両の走行速度が増加すると、調整プレート261,262をともに各マグネット間から退避させて磁気バネユニット200のバネ定数を最大とする。
一方、車両の走行速度が低下する場合には、上述した順序と逆の順序となるように調整プレートの配置を順次切り換え、磁気バネユニット200のバネ定数を段階的に低下させる。
以上説明した第2の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the second embodiment, a control device (not shown) controls the motor according to an increase in the traveling speed of the train to rotate the
On the other hand, when the traveling speed of the vehicle decreases, the arrangement of the adjustment plates is sequentially switched so that the order is the reverse of the above-described order, and the spring constant of the
Also in the second embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
(他の実施の形態)
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
(1)パンタグラフ、磁気バネユニットの形状や構成は上述した各実施形態に限定されず、適宜変更することができる。例えば、パンタグラフは、舟体に対して相対移動可能な可動式すり板を備えたものであってもよい。この場合、舟体とすり板との間に可変磁気バネ要素を設けるとよい。また、可変磁気バネ要素は、磁石として永久磁石に限らず電磁石を用いてもよい。この場合、電磁石のコイルに通電される電力量を制御することによって、可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することができる。
(2)上述した各実施形態は、車両の走行速度に応じて可変磁気バネ要素のバネ定数を変更しているが、例えば車両の走行速度が一定であっても、ハンガ間隔等の違いによって集電摺動部が加振される周波数が変わる場合には、加振周波数に応じてバネ定数を変更してもよい。
(3)第2の実施形態において、透磁率調整部材(プレート)の駆動手段を適宜変更し、複数の透磁率調整部材を同時にマグネット間に挿入するようにしてもよい。また、透磁率調整部材の数も特に限定されない。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited only to above-described embodiment, Various application and deformation | transformation can be considered. For example, the following embodiments applying the above embodiment can be implemented.
(1) The shape and configuration of the pantograph and magnetic spring unit are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate. For example, the pantograph may include a movable sliding plate that can move relative to the hull. In this case, a variable magnetic spring element may be provided between the boat body and the sliding plate. Further, the variable magnetic spring element is not limited to a permanent magnet but may be an electromagnet. In this case, the spring constant of the variable magnetic spring element can be changed by controlling the amount of power supplied to the coil of the electromagnet.
(2) In each of the above-described embodiments, the spring constant of the variable magnetic spring element is changed in accordance with the traveling speed of the vehicle. When the frequency at which the electric sliding portion is vibrated changes, the spring constant may be changed according to the vibration frequency.
(3) In the second embodiment, the drive unit of the magnetic permeability adjusting member (plate) may be appropriately changed, and a plurality of magnetic permeability adjusting members may be inserted between the magnets at the same time. Further, the number of magnetic permeability adjusting members is not particularly limited.
1 パンタグラフ
10 舟体
11 すり板体
12 接続ステー
20 台枠
21 碍子
30 枠体
31 上枠
32 下枠
33 ヒンジ
34 天井管
100 磁気バネユニット
110 付勢力伝達レバー
120 舟体側マグネット
130,140 枠体側マグネット
150 ガイド機構
160 マグネット送り機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記集電摺動部を車体に対し変位可能に支持する支持機構と、を備えるパンタグラフであって、
さらに、前記集電摺動部側に設けられた摺動部側磁石、及び、前記支持機構側に設けられ前記摺動部側磁石との間で反発力を発生する支持機構側磁石を有するバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素と、
前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変磁気バネ要素の前記バネ定数を変更する制御手段と、を備えることを特徴とするパンタグラフ。 A current collector sliding part in contact with the trolley wire;
A pantograph comprising a support mechanism that supports the current collector sliding portion so as to be displaceable with respect to the vehicle body,
Furthermore, the spring which has the sliding part side magnet provided in the said current collection sliding part side, and the support mechanism side magnet provided in the said supporting mechanism side and generating a repulsive force between the said sliding part side magnets A variable magnetic spring element whose constant can be changed;
A pantograph comprising: control means for changing the spring constant of the variable magnetic spring element in accordance with a dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current collecting sliding portion when the vehicle is running.
前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することを特徴とするパンタグラフの追随特性向上方法。 A method for improving the following characteristics of a pantograph, comprising: a current collector sliding portion that contacts a trolley wire; and a support mechanism that supports the current collector sliding portion so as to be displaceable with respect to a vehicle body. A sliding part side magnet is provided on the side, and a variable magnetic spring element having a support mechanism side magnet that generates a repulsive force between the sliding part side magnet and the support mechanism side is provided, and a variable magnetic spring element capable of changing a spring constant is provided.
A method for improving the follow-up characteristic of a pantograph, wherein a spring constant of the variable magnetic spring element is changed according to a dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current-collecting sliding portion when the vehicle is running.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007081572A JP2008245415A (en) | 2007-03-27 | 2007-03-27 | Pantograph and method of improving following characteristics of pantograph |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007081572A JP2008245415A (en) | 2007-03-27 | 2007-03-27 | Pantograph and method of improving following characteristics of pantograph |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008245415A true JP2008245415A (en) | 2008-10-09 |
Family
ID=39916085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007081572A Pending JP2008245415A (en) | 2007-03-27 | 2007-03-27 | Pantograph and method of improving following characteristics of pantograph |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008245415A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103612275A (en) * | 2013-12-05 | 2014-03-05 | 吴中区甪直渡岘工艺品厂 | Die cutting machine electromagnetic pressure gauge |
CN105365581A (en) * | 2015-11-26 | 2016-03-02 | 天津市松正电动汽车技术股份有限公司 | Trolleybus trolley head structure |
JP2021069212A (en) * | 2019-10-24 | 2021-04-30 | 国立大学法人 筑波大学 | Contact state maintaining method and contact state maintaining device, pantograph for railway vehicle provided therewith, and train |
CN112757902A (en) * | 2021-01-22 | 2021-05-07 | 西南交通大学 | Intelligent pantograph |
-
2007
- 2007-03-27 JP JP2007081572A patent/JP2008245415A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103612275A (en) * | 2013-12-05 | 2014-03-05 | 吴中区甪直渡岘工艺品厂 | Die cutting machine electromagnetic pressure gauge |
CN105365581A (en) * | 2015-11-26 | 2016-03-02 | 天津市松正电动汽车技术股份有限公司 | Trolleybus trolley head structure |
JP2021069212A (en) * | 2019-10-24 | 2021-04-30 | 国立大学法人 筑波大学 | Contact state maintaining method and contact state maintaining device, pantograph for railway vehicle provided therewith, and train |
JP7436977B2 (en) | 2019-10-24 | 2024-02-22 | 国立大学法人 筑波大学 | Contact state maintenance method, contact state maintenance device, pantograph for railway vehicle and train equipped with the same |
CN112757902A (en) * | 2021-01-22 | 2021-05-07 | 西南交通大学 | Intelligent pantograph |
CN112757902B (en) * | 2021-01-22 | 2022-05-10 | 西南交通大学 | Intelligent pantograph |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4846237B2 (en) | Magnetic suspension system | |
KR101630783B1 (en) | Magnetic levitation system comprising propulsion electromagnet having guiding function | |
CN114734826B (en) | Permanent magnet electric suspension system and guiding method thereof | |
KR100840927B1 (en) | System of railway vehicle using Linear motor and Non-contact electric power supply system | |
CN111373097B (en) | Permanent magnetic suspension train adopting passive low-frequency electromagnetic stabilization | |
CN114834255B (en) | Eddy current braking device and braking method thereof | |
JP2008245415A (en) | Pantograph and method of improving following characteristics of pantograph | |
JP7438562B2 (en) | Control equipment for magnetically suspended vehicles, vehicles and transportation infrastructure | |
CN101764496B (en) | Linear motor | |
KR20080073005A (en) | System of railway vehicle using linear motor and non-contact electric power supply system with minimizing control topology of air-gap | |
JP5700193B2 (en) | Linear actuator and suspension device using the same | |
KR101764861B1 (en) | Magnetic levitation train having active damper | |
KR101182354B1 (en) | Magnetic levitation conveyance system having spring | |
JP6660908B2 (en) | Pantograph with current collector for high-speed rail vehicles | |
KR100945713B1 (en) | Air gap control system of linear induction motor for train | |
JP2008245418A (en) | Pantograph and method of improving following characteristics of pantograph | |
JP2005287209A (en) | Method for reducing variation of pantograph contact force and pantograph | |
JP2009101961A (en) | Control device for railway vehicle | |
CN109715452B (en) | Train with movable track | |
JP4757816B2 (en) | Vehicle braking method and vehicle braking device | |
US7255046B2 (en) | Method and apparatus for use in guiding magnetically levitated vehicles | |
JP2002370563A (en) | Hanger ear with magnetic damper | |
JP5288588B2 (en) | Contact force control device and contact force control device for current collector | |
JP2012188039A (en) | Derailment preventive device | |
CN216033592U (en) | Suspension device and vehicle with same |