JP2012105394A - Method and device for controlling contact force - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a new technique for reducing abrasion of an electric overhead line.SOLUTION: A contact force measuring unit 20 for measuring a contact force F between a contact strip 13 and a trolley wire 14 is arranged on a pantograph 2. When the measured contact force F is a predetermined threshold Fth or smaller, a contact force control device 30 issues an instruction that causes an air spring controller 16 to implement control so that an air spring 12 increases the contact force F. A contact force value exceeding a contact force region in which the trolley wire 14 is most abraded on comparatively weak contact force conditions before the contact strip 13 and the trolley wire 14 lose contact with each other is set in the threshold Fth.

Description

本発明は、集電装置のすり板の電車線路への接触力を変化させることが可能な接触力変動機構を制御して接触力を制御する接触力制御方法等に関する。   The present invention relates to a contact force control method for controlling a contact force by controlling a contact force fluctuation mechanism capable of changing a contact force of a current collector to a train track.

パンタグラフに代表される集電装置と電車線路(例えば、パンタグラフならばトロリ線)との接触は、集電を安定的に実現する観点と、パンタグラフのすり板やトロリ線の摩耗の観点とから、適切に調整されるのが望ましい。   The contact between the current collector represented by the pantograph and the train line (for example, the trolley wire in the case of the pantograph) is based on the viewpoint of stably collecting the current and the wear of the pantograph sliding plate and trolley wire. It is desirable to adjust appropriately.

それに関して、例えば、パンタグラフをトロリ線に接触させる力(接触力)を計測する技術や(例えば、特許文献1、特許文献2を参照)、接触力を可変できる集電装置が提案されている(例えば、特許文献3、特許文献4を参照)。   In this regard, for example, a technique for measuring a force (contact force) for bringing a pantograph into contact with a trolley wire (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2) and a current collector capable of varying the contact force have been proposed ( For example, see Patent Document 3 and Patent Document 4.)

特開2002−328063号公報JP 2002-328063 A 特開2007−244091号公報JP 2007-244091 A 特開2005−287209号公報JP 2005-287209 A 特開2008−245490号公報JP 2008-245490 A

過大な接触力は電車線路の摩耗につながるため、安定的な集電ができる範囲で接触力を低く設定するのが一般的である。しかし、接触力が低いために離線が生じるとアーク放電が発生し、却って電車線路が摩耗する。そこで、離線を生じさせない接触力を下限として接触力を設定・制御すればよいと考えられてきた。   Since excessive contact force leads to wear of the train tracks, it is common to set the contact force low within a range where stable current collection is possible. However, since the contact force is low, an arc discharge occurs when the line is disconnected, and the train track is worn instead. Therefore, it has been considered that the contact force may be set and controlled with the contact force that does not cause separation as the lower limit.

しかしながら、この既存の考え方は定性的であり、アーク放電以外に摩耗が増大し得る条件(摩耗現象が生じる条件)がないとは言い切れなかった。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされた、電車線路の摩耗を低減させる新しい技術を提案することを目的としている。
However, this existing concept is qualitative, and it cannot be said that there is no condition that can increase wear other than arc discharge (condition for causing a wear phenomenon).
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to propose a new technique for reducing wear on a train track.

以上の課題を解決するための第1の形態は、集電装置のすり板の電車線路への接触力を変化させることが可能な接触力変動機構(例えば、図3のエアスプリング12、エアスプリング制御装置16)を制御して前記接触力を制御する接触力制御方法であって、
前記すり板の前記電車線路への接触力を検出すること(例えば、図6のステップS2)と、前記接触力が低減することによって、前記電車線路と前記すり板との電位差が、0.4〜0.6Vの範囲内で定められた規定電圧となる前記接触力を閾値とし、前記接触力がこの閾値以下となる閾値条件を満たすか否かを判定すること(例えば、図6のステップS4)と、前記閾値条件を満たすと判定された場合に前記接触力を増大させるよう前記接触力変動機構を制御すること(例えば、図6のステップS8)と、を含む接触力制御方法である。
A first form for solving the above problems is a contact force variation mechanism (for example, an air spring 12 and an air spring in FIG. 3) that can change the contact force of the sliding plate of the current collector to the train track. A contact force control method for controlling the contact force by controlling a control device 16),
By detecting the contact force of the sliding plate to the train track (for example, step S2 in FIG. 6) and reducing the contact force, the potential difference between the train track and the sliding plate is 0.4. And determining whether or not a threshold condition that the contact force is equal to or less than the threshold value is satisfied (for example, step S4 in FIG. 6). ) And controlling the contact force variation mechanism to increase the contact force when it is determined that the threshold condition is satisfied (for example, step S8 in FIG. 6).

また、別形態として、集電装置のすり板の電車線路への接触力を変化させることが可能な接触力変動機構(例えば、図3のエアスプリング12、エアスプリング制御装置16)と、前記すり板の前記電車線路への接触力を検出する接触力検出部(例えば、図4の接触力計測部20)と、前記接触力が低減することによって、前記電車線路と前記すり板との電位差が、0.4〜0.6Vの範囲内で定められた規定電圧となる前記接触力を閾値とし、前記接触力がこの閾値以下となる閾値条件を満たすか否かを判定する判定部(例えば、図3の接触力制御装置30、図5の集電装置制御部120、判定部124)と、前記閾値条件を満たすと判定された場合に前記接触力を増大させるよう前記接触力変動機構を制御する制御部(例えば、図3の接触力制御装置30、図5の集電装置制御部120、接触力制御部126)と、を備えた接触力制御装置を構成することができる。   Further, as another form, a contact force fluctuation mechanism (for example, the air spring 12 and the air spring control device 16 in FIG. 3) capable of changing the contact force of the current collector's sliding plate to the train track, and the slide A contact force detection unit (for example, contact force measurement unit 20 in FIG. 4) that detects the contact force of the plate to the train line, and the contact force is reduced, so that the potential difference between the train line and the sliding plate is reduced. , A determination unit (for example, for determining whether or not a threshold condition that the contact force is equal to or less than the threshold value satisfies the contact force that is a specified voltage defined within a range of 0.4 to 0.6 V) 3, the current collector control unit 120, and the determination unit 124) in FIG. 5, and the contact force variation mechanism to increase the contact force when it is determined that the threshold condition is satisfied. Control unit (for example, the connection shown in FIG. Force controller 30, the current collector controller 120 of FIG. 5, a contact force control unit 126), it is possible to construct a contact force control device equipped with.

第1の形態及びその別形態によれば、集電装置と電車線路との接触力が低減し、双方の電位差が規定電圧以上となるのを回避することができる。規定電圧は0.4〜0.6Vの範囲内の一の電圧として定められる。詳細は後述するが、本願発明者は、アーク放電が生じなくとも、集電装置のすり板と電車線路との電位差がこの規定電圧以上になると電車線路の摩耗が大きくなることを発見した。そこで、集電装置のすり板と電車線路との電位差が規定電圧以上とならないように接触力を制御することで、電車線路の摩耗を効果的に抑制することができる。   According to the first embodiment and the other embodiment, the contact force between the current collector and the train line is reduced, and it is possible to avoid the potential difference between the two becoming equal to or higher than the specified voltage. The specified voltage is determined as one voltage within a range of 0.4 to 0.6V. Although the details will be described later, the inventor of the present application has found that even if arc discharge does not occur, the wear of the train line increases when the potential difference between the sliding plate of the current collector and the train line exceeds this specified voltage. Therefore, by controlling the contact force so that the potential difference between the sliding plate of the current collector and the train line does not exceed a specified voltage, the wear on the train line can be effectively suppressed.

接触力の閾値条件の判定については、第2の形態として、前記閾値条件を前記集電装置の集電電流に応じた条件として定め、前記集電装置による集電電流を検出すること(例えば、図15のステップS3a)を更に含み、前記閾値条件を満たすか否かを判定することは、前記検出された集電電流に応じた前記閾値条件を満たすか否かを判定することとする、第1の形態の接触力制御方法を構成することができる。   Regarding the determination of the threshold condition of the contact force, as a second embodiment, the threshold condition is determined as a condition according to the current collected by the current collector, and the current collected by the current collector is detected (for example, Step S3a) of FIG. 15 further includes determining whether or not the threshold condition is satisfied is to determine whether or not the threshold condition is satisfied according to the detected current collection. One form of the contact force control method can be configured.

第2の形態によれば、閾値条件を集電電流に応じて定めることができるため、集電電流に適合した接触力の閾値を定めることが可能となる。   According to the second embodiment, since the threshold condition can be determined according to the current collection current, it is possible to determine the threshold value of the contact force suitable for the current collection current.

また、第3の形態として、前記閾値条件を満たすと判定された場合に前記集電装置から主回路及び/又は補助回路への電力供給を一時的に遮断或いは低減する制御を行うこと、を更に含む第1又は第2の形態の接触力制御方法を構成してもよい。   Further, as a third embodiment, when it is determined that the threshold condition is satisfied, a control for temporarily cutting off or reducing power supply from the current collector to the main circuit and / or the auxiliary circuit is further performed. You may comprise the contact force control method of the 1st or 2nd form containing.

この第3の形態によれば、車両側で必要となる電流を一時的に遮断、或いは、低減させることが可能となるため、電車線路の摩耗を効果的に抑制することができる。   According to the third embodiment, it becomes possible to temporarily cut off or reduce the current required on the vehicle side, so that it is possible to effectively suppress wear on the train track.

摩耗試験結果における接触面圧Pとトロリ線の比摩耗量Wtの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the contact surface pressure P in the wear test result, and the specific wear amount Wt of a trolley wire. 接触面圧Pと電圧降下Vcの試験結果を示すグラフ。The graph which shows the test result of the contact surface pressure P and the voltage drop Vc. 第1実施形態の集電装置及び接触力制御装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the current collector and contact force control apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態における舟体及び舟支え周りの構造例を示す図。The figure which shows the structural example around the boat body and boat support in 1st Embodiment. 第1実施形態における機能構成例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the function structural example in 1st Embodiment. 第1実施形態の接触力制御装置による処理の流れを説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the flow of the process by the contact force control apparatus of 1st Embodiment. 第2実施形態における集電装置及び接触力制御装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the current collector and contact force control apparatus in 2nd Embodiment. 第2実施形態における機能構成例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the function structural example in 2nd Embodiment. 摩耗試験中の接点における予測最高温度のグラフ。A graph of the highest predicted temperature at a contact during wear testing. 50A〜300Aまでの各電流における接点の予測最高温度を算出したグラフ。The graph which computed the predicted maximum temperature of the contact in each current from 50A to 300A. 電流と臨界接触面圧の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between an electric current and critical contact surface pressure. 第2実施形態における接触力制御装置による処理の流れを説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the flow of the process by the contact force control apparatus in 2nd Embodiment. 第3実施形態における集電装置及び接触力制御装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the current collector and contact force control apparatus in 3rd Embodiment. 第3実施形態における機能構成例を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the function structural example in 3rd Embodiment. 第3実施形態における接触力制御装置による処理の流れを説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the flow of the process by the contact force control apparatus in 3rd Embodiment.

以下の実施形態においては、集電装置の一例をパンタグラフ、電車線路の一例をトロリ線として架空式の電車線路に本発明を適用した場合を説明するが、本発明の適用可能な形態がこれに限定されるものではない。例えば、集電装置を集電靴、電車線路を導電レールとした第三軌条式の電車線路に適用することも可能である。   In the following embodiments, a case where the present invention is applied to an aerial type train line using a pantograph as an example of a current collector and a trolley line as an example of a train line will be described. It is not limited. For example, the present invention can be applied to a third rail-type train track in which the current collector is a current collector shoe and the train track is a conductive rail.

〔原理の説明〕
従来、トロリ線の摩耗は、離線する際のアーク放電が主な原因と考えられていた。従って、端的には離線さえ回避すれば摩耗は抑制できると考えられてきた。
しかし、本願の発明者は集電装置の接触力が「0」になる前の比較的弱い接触力領域で大きな摩耗が生じる高摩耗領域が有ることを発見した。
[Description of Principle]
Conventionally, trolley wire wear has been considered to be mainly caused by arc discharge during separation. Therefore, it has been thought that wear can be suppressed by simply avoiding the separation line.
However, the inventor of the present application has found that there is a high wear region in which large wear occurs in a relatively weak contact force region before the contact force of the current collector becomes “0”.

今回行った摩耗試験では、実際に使用されているトロリ線及びすり板からそれぞれ試験片を作成し、すり板の試験片をバネでトロリ線試験片に押しつけることで接触力を設定して、リニアアクチュエータで繰り返し擦動させた。バネの変位量を変えることで様々な接触力の条件を変更することが可能であり、実際の接触力はロードセルで測定した。ここでは、通電電流として0A、80A、100Aの3つ場合の試験結果を説明する。   In this wear test, test pieces were created from trolley wires and sliding plates that were actually used, and the contact force was set by pressing the sliding plate test pieces against the trolley wire test pieces with a spring. The actuator was repeatedly rubbed. It is possible to change various contact force conditions by changing the amount of displacement of the spring, and the actual contact force was measured with a load cell. Here, the test results in the case of three energization currents of 0A, 80A, and 100A will be described.

図1は、摩耗試験結果における接触面圧とトロリ線の比摩耗量Wtの関係を示すグラフであり、試験結果のプロットからグラフ線を導いた。トロリ線の摩耗率の算出は、試験前後の表面プロファイル差を複数点測定し、平均した値を摩耗面積Aとし、表面プロファイルを測定した長さDを乗じて摩耗体積とし、その値を接触力Fと摩擦距離で除することにより比摩耗量Wtとした。摩擦距離はすり板がN回通過したときに、摩擦距離はNDと計算する。
Wt=AD/(F・ND)=A/(FN) <単位:mm/Nm>
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the contact surface pressure and the specific wear amount Wt of the trolley wire in the wear test result, and the graph line was derived from the test result plot. The wear rate of the trolley wire is calculated by measuring a plurality of surface profile differences before and after the test, and taking the average value as the wear area A and multiplying the measured surface profile length D to obtain the wear volume, which is the contact force. The specific wear amount Wt was obtained by dividing by F and the friction distance. The friction distance is calculated as ND when the sliding plate passes N times.
Wt = AD / (F · ND) = A / (FN) <Unit: mm 3 / Nm>

図1のグラフから、次の事がわかる。
(1)無通電の場合、トロリ線の比摩耗量Wtは接触面圧に依存せず、概ね一定の範囲R1に収まる。
(2)100Aを通電した場合、0.1MPa超の接触面圧においては無通電時と同様に、比摩耗量Wtは接触面圧Pに依存せず範囲R1に収まる。しかし、接触面圧Pの低下に伴って、0.1MPa近傍で比摩耗量Wtは急増し、無通電時より1ケタ大きくなった。0.06MPa以下の接触面圧においては、比摩耗量Wtは接触面圧Pとともに減少し、0.03MPa近傍では無通電時と同等になった。つまり、0.1MPa近傍に高摩耗領域R2を認めることができる。
(3)80Aを通電した場合、0.1MPa以上の接触面圧においては無通電時と同様に、比摩耗量Wtは接触面圧Pに依存せず範囲R1に収まる。しかし、接触面圧Pを低下させると、0.08MPa近傍で比摩耗量Wtは急増する。ただし、その大きさは無通電時より大きいが100A通電時よりも小さかった。0.06MPa以下の接触面圧においては、比摩耗量Wtは接触面圧Pとともに減少し、0.03MPa近傍では無通電時と同等になった。
From the graph of FIG.
(1) In the case of non-energization, the specific wear amount Wt of the trolley wire does not depend on the contact surface pressure and falls within a substantially constant range R1.
(2) When 100 A is energized, the specific wear amount Wt does not depend on the contact surface pressure P and falls within the range R1 when the contact surface pressure exceeds 0.1 MPa, as in the case of no energization. However, as the contact surface pressure P decreased, the specific wear amount Wt increased rapidly in the vicinity of 0.1 MPa, and became one digit larger than when no current was applied. At the contact surface pressure of 0.06 MPa or less, the specific wear amount Wt decreased with the contact surface pressure P, and became equal to that at the time of no energization in the vicinity of 0.03 MPa. That is, the high wear region R2 can be recognized in the vicinity of 0.1 MPa.
(3) When 80 A is energized, the specific wear amount Wt does not depend on the contact surface pressure P and falls within the range R1 at a contact surface pressure of 0.1 MPa or more, as in the case of no energization. However, when the contact surface pressure P is decreased, the specific wear amount Wt increases rapidly in the vicinity of 0.08 MPa. However, the size was larger than that at the time of no energization but smaller than that at the time of energization of 100A. At the contact surface pressure of 0.06 MPa or less, the specific wear amount Wt decreased with the contact surface pressure P, and became equal to that at the time of no energization in the vicinity of 0.03 MPa.

また、摩耗試験に加え、接触面圧条件を細かく設定しトロリ線とすり板との電位差すなわち電圧降下を測定した。   In addition to the wear test, the contact surface pressure conditions were set finely, and the potential difference between the trolley wire and the sliding plate, that is, the voltage drop was measured.

図2は、接触面圧Pと電圧降下Vcの試験結果を示すグラフである。同試験の結果、接触面圧Pが0.3〜1Mpaの間は、接触面圧Pが減少するに伴い電圧降下Vcは増加し、0.3MPa前後で0.45V程度の電圧降下Vcとなった。その下の0.1〜0.3MPaの間では、電圧降下Vcがほぼ0.4〜0.5V程度で推移した。そして、さらに下の0.1MPa以下では、接触面圧Pが減少するに伴い電圧降下Vcが再度増加した(領域R3)。   FIG. 2 is a graph showing test results of the contact surface pressure P and the voltage drop Vc. As a result of the test, when the contact surface pressure P is 0.3 to 1 MPa, the voltage drop Vc increases as the contact surface pressure P decreases, and the voltage drop Vc is about 0.45 V around 0.3 MPa. It was. The voltage drop Vc was kept at about 0.4 to 0.5 V between 0.1 and 0.3 MPa below. And further below 0.1 MPa, the voltage drop Vc increased again as the contact surface pressure P decreased (region R3).

ここで、図1と図2を見比べてみる。
先ず、通電電流が100Aの場合、図1では、接触面圧Pが約0.11MPa以下で高摩耗領域である領域R2に進入し、約0.9MPaで比摩耗量Wtがピークとなっている。一方、図2において接触面圧Pが約0.11MPaとなる電圧降下Vcは約0.48Vであり、約0.9MPaとなる電圧降下Vcは約0.55Vである。
次に、通電電流が80Aの場合、図1では、接触面圧Pが約0.1MPa以下で領域R2に進入し、約0.08MPaで比摩耗量Wtがピークとなっている。一方、図2において接触面圧が約0.1MPaとなる電圧降下Vcは約0.4Vであり、約0.08MPaとなる電圧降下Vcは約0.43Vである。
Now, compare FIG. 1 and FIG.
First, when the energizing current is 100 A, in FIG. 1, the contact surface pressure P is about 0.11 MPa or less and enters the region R2 which is a high wear region, and the specific wear amount Wt peaks at about 0.9 MPa. . On the other hand, in FIG. 2, the voltage drop Vc at which the contact surface pressure P is about 0.11 MPa is about 0.48V, and the voltage drop Vc at about 0.9 MPa is about 0.55V.
Next, when the energization current is 80 A, in FIG. 1, the contact surface pressure P is about 0.1 MPa or less and enters the region R2, and the specific wear amount Wt peaks at about 0.08 MPa. On the other hand, in FIG. 2, the voltage drop Vc at which the contact surface pressure is about 0.1 MPa is about 0.4 V, and the voltage drop Vc at about 0.08 MPa is about 0.43 V.

従って、電圧降下Vcが約0.4〜0.6Vの範囲内に閾値を設け、電圧降下Vcすなわち電位差がこの閾値以上となることを防止するようにパンタグラフの接触力を制御すれば、トロリ線の摩耗を効果的に抑制することが可能である。   Therefore, if a threshold is provided in the range where the voltage drop Vc is approximately 0.4 to 0.6 V and the contact force of the pantograph is controlled so as to prevent the voltage drop Vc, that is, the potential difference from exceeding this threshold, the trolley line Can be effectively suppressed.

閾値をいくつに設定するかについては各種の考え方がある。例えば、図2において、電圧降下Vcが約0.4〜0.5Vの範囲は、接触面圧Pの範囲が広い。従って、実際の走行中の接触面圧Pの変動を考慮して、確実に比摩耗量Wtが高いと言える場合にのみパンタグラフの接触力を向上させるのであれば、閾値は高め(例えば約0.5V〜0.6Vの範囲)に設定することが考えられる。
他方、比摩耗量Wtが一定以上高くなる可能性があることをも抑止したい場合には閾値を低め(例えば約0.4〜0.5Vの範囲)に設定することが考えられる。
いずれにせよ、電圧降下Vcの閾値を約0.4〜0.6Vの範囲内に設定し、電圧降下Vcがこれ以上となることを防止するようにパンタグラフの接触力を制御すれば、トロリ線の摩耗を効果的に抑制できる。なお、通電電流が80Aと100Aの2つの場合について説明したが、図1,2の結果によれば、電圧降下Vcの閾値を約0.4〜0.6Vの範囲内に設定すれば、他の通電電流の場合も一定の効果が期待でき得ることは、当業者であれば自明である。また、閾値を固定とするのではなく、通電電流に応じて閾値を変更することも効果的であると言える。
There are various ways of thinking about how to set the threshold. For example, in FIG. 2, the range of the contact pressure P is wide when the voltage drop Vc is about 0.4 to 0.5V. Therefore, if the contact force of the pantograph is improved only when the specific wear amount Wt can be said to be reliably high in consideration of fluctuations in the contact surface pressure P during actual traveling, the threshold value is increased (for example, about 0.1. It is conceivable to set a range of 5V to 0.6V.
On the other hand, when it is desired to suppress the possibility that the specific wear amount Wt becomes higher than a certain level, it is conceivable to set the threshold value lower (for example, in a range of about 0.4 to 0.5 V).
In any case, if the threshold value of the voltage drop Vc is set within a range of about 0.4 to 0.6 V and the contact force of the pantograph is controlled so as to prevent the voltage drop Vc from exceeding this, the trolley line Can be effectively suppressed. Although two cases where the energization current is 80 A and 100 A have been described, according to the results of FIGS. 1 and 2, if the threshold value of the voltage drop Vc is set within a range of about 0.4 to 0.6 V, the other It is obvious to those skilled in the art that a certain effect can be expected even in the case of the energizing current. It can also be said that it is effective to change the threshold according to the energization current, instead of fixing the threshold.

次に、具体的な実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
図3は、本発明を適用した第1実施形態の集電装置及び接触力制御装置の構成例を示す図であって、集電装置としてパンタグラフを用いた例を示す。尚、本実施形態に係る構成を明確にするために、パンタグラフの折りたたみ機構等の構造を省略しているが、公知のパンタグラフと同様に適宜設けるものとする。
Next, specific embodiments will be described.
[First Embodiment]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the current collector and the contact force control device according to the first embodiment to which the present invention is applied, and illustrates an example in which a pantograph is used as the current collector. In addition, in order to clarify the structure which concerns on this embodiment, although structures, such as a folding mechanism of a pantograph, are abbreviate | omitted, it shall provide suitably similarly to a well-known pantograph.

本実施形態のパンタグラフ2は、上下動するリンク機構が菱形を成す菱形パンタグラフに分類される。すなわち、碍子4を介して電車の車体に固定された台枠6に対して、上枠8u及び下枠8dを側面視菱形に組んだ枠組8を設ける。枠組8の上端部には、舟支え9を介して舟体10が設置されている。そして、対向する下枠8dを枢支する主軸8e間に、エアスプリング12が設けられている。   The pantograph 2 of this embodiment is classified into a rhombus pantograph in which the link mechanism that moves up and down forms a rhombus. That is, a frame 8 is provided in which an upper frame 8u and a lower frame 8d are assembled in a rhombus when viewed from the side with respect to a frame 6 fixed to a train car body via an insulator 4. A boat body 10 is installed at the upper end of the frame 8 via a boat support 9. An air spring 12 is provided between the main shafts 8e that pivotally support the opposed lower frame 8d.

エアスプリング12は、圧縮空気の弾力性を利用した公知のバネ装置であって、エアスプリング制御装置16から供給される圧縮空気によってバネ定数を変更できる。
エアスプリング12は、菱形パンタグラフ構造における「主バネ」「上昇バネ」に相当する機能を担う。下枠8dを引き寄せるように張力を作用させることにより、枠組8は縦方向に伸び、舟体10を上向きに押し上げ、その上部に取り付けられたすり板13を電車線路であるトロリ線14に押しつけるようにして接触させる(接触力の向上)。
The air spring 12 is a known spring device that uses the elasticity of compressed air, and the spring constant can be changed by the compressed air supplied from the air spring control device 16.
The air spring 12 has a function corresponding to a “main spring” and a “rising spring” in the rhombus pantograph structure. By applying tension so as to draw the lower frame 8d, the frame 8 extends in the vertical direction, pushes up the boat body 10 upward, and presses the sliding board 13 attached to the upper part against the trolley wire 14 that is a train track. To make contact (improvement of contact force).

図4は、本実施形態における舟体及び舟支え周りの構造例を示す図である。
本実施形態の舟支え9は、上枠8uに連結される舟支えガイド9aを台座として、これに舟体10の設置部となる舟支えシャフト9bを遊嵌して構成される。舟支えシャフト9bには、コイルバネ9cが組み込まれており、舟体10を弾性支持してトロリ線14への追従性を良くしている。
FIG. 4 is a diagram illustrating a structure example around the boat body and the boat support in the present embodiment.
The boat support 9 of the present embodiment is configured by loosely fitting a boat support shaft 9b serving as an installation portion of the boat body 10 with a boat support guide 9a connected to the upper frame 8u as a base. A coil spring 9c is incorporated in the boat support shaft 9b, and the boat body 10 is elastically supported to improve followability to the trolley wire 14.

舟体10及び舟支え9には、すり板13とトロリ線14の現在の接触力Fを計測するための接触力計測部20に関する構成が内蔵されている。具体的には、舟体10の左右それぞれの内部に、上下方向の加速度を検出する加速度計22a,22bが内蔵され、それらの信号線が接触力演算器24に接続されている。   The boat body 10 and the boat support 9 incorporate a configuration relating to the contact force measuring unit 20 for measuring the current contact force F of the sliding plate 13 and the trolley wire 14. Specifically, accelerometers 22 a and 22 b that detect vertical acceleration are built in the left and right sides of the boat body 10, and their signal lines are connected to the contact force calculator 24.

また、舟支え9のコイルバネ9cには、コイルバネ9cに作用するせん断応力が測定出来るように、歪みゲージ26が貼設されている。具体的には、コイルバネ9cの接線方向に対して45°の方向に交差させたものを一組として、バネ軸を挟んだ直径位置に2箇所、合計二組を取り付ける。そして、ノイズ等の影響を避けるためにコイルバネ9cの近傍でホィートストン・ブリッジ結線し歪みを測定する。歪みゲージ26の信号線は、接触力演算器24に接続される。   A strain gauge 26 is attached to the coil spring 9c of the boat support 9 so that the shear stress acting on the coil spring 9c can be measured. Specifically, two sets in total are attached at two diameter positions across the spring axis, with one set intersecting the direction of 45 ° with respect to the tangential direction of the coil spring 9c. Then, in order to avoid the influence of noise or the like, Wheatstone bridge is connected in the vicinity of the coil spring 9c, and distortion is measured. The signal line of the strain gauge 26 is connected to the contact force calculator 24.

接触力演算器24は、CPU(Central Processing Unit)や、プログラムやデータを記憶するICメモリ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、各種電子部品により構成される。
接触力演算器24は、予め測定されている歪みゲージの歪み量と荷重の関係から、歪みゲージ26の出力信号に基づいて舟体10と舟支え9の間に作用する上下方向荷重fを求める。また、加速時計22a,22bの出力信号からそれぞれの上下加速度ω1,ω2を求める。そして、上下方向荷重fと上下加速度ω1,ω2に基づく次式により接触力Fを求める。
F=f+m(W1・ω1+W2・ω2)
尚、W1,W2は、加速度計22a,22bにより測定された加速度ω1,ω2に対する重み係数である。そして、接触力演算器24は、常時又は所定の制御サイクルで接触力Fを示す出力値を接触力制御装置30へ出力する(図3参照)。
The contact force calculator 24 includes a CPU (Central Processing Unit), an IC memory that stores programs and data, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and various electronic components.
The contact force calculator 24 obtains the vertical load f acting between the boat body 10 and the boat support 9 based on the output signal of the strain gauge 26 from the relationship between the strain amount and the load of the strain gauge measured in advance. . Further, the vertical accelerations ω1 and ω2 are obtained from the output signals of the acceleration clocks 22a and 22b. Then, the contact force F is obtained by the following equation based on the vertical load f and the vertical accelerations ω1 and ω2.
F = f + m (W1 · ω1 + W2 · ω2)
W1 and W2 are weighting factors for the accelerations ω1 and ω2 measured by the accelerometers 22a and 22b. Then, the contact force calculator 24 outputs an output value indicating the contact force F to the contact force control device 30 at all times or in a predetermined control cycle (see FIG. 3).

接触力制御装置30は、CPUや、プログラムやデータを記憶するICメモリ、ASIC、各種電子部品により構成される。接触力演算器24と接触力制御装置30とを一体の装置として構成してよいことは勿論である。接触力制御装置30は、接触力演算器24から取得した接触力Fと接触力Fに関する所定の閾値Fthとを比較して接触力Fの調整制御の要否を判定し、調整要と判定した場合には、エアスプリング制御装置16へ接触力Fを上昇させる制御信号を出力する。   The contact force control device 30 includes a CPU, an IC memory that stores programs and data, an ASIC, and various electronic components. Of course, the contact force calculator 24 and the contact force control device 30 may be configured as an integrated device. The contact force control device 30 compares the contact force F acquired from the contact force calculator 24 with a predetermined threshold value Fth related to the contact force F to determine whether or not adjustment control of the contact force F is necessary, and determines that adjustment is necessary. In this case, a control signal for increasing the contact force F is output to the air spring control device 16.

具体的には、閾値Fthは、次のようにして定められる。すなわち、〔原理の説明〕欄で説明した通り、トロリ線14とすり板13との電位差が0.4〜0.6Vの範囲内に規定電圧を定め、この規定電圧に相当する接触力を接触力の閾値Fthとして定める。接触力Fが閾値Fth以下となることを閾値条件とし、閾値条件を満たした場合、すなわち接触力Fが閾値Fth以下となった場合に、接触力Fを上昇させる制御を行う。   Specifically, the threshold value Fth is determined as follows. That is, as described in the [Description of Principle] column, a specified voltage is determined in a range where the potential difference between the trolley wire 14 and the sliding plate 13 is 0.4 to 0.6 V, and a contact force corresponding to the specified voltage is applied. It is determined as a force threshold Fth. When the contact force F is equal to or less than the threshold value Fth, the threshold condition is satisfied. When the threshold condition is satisfied, that is, when the contact force F is equal to or less than the threshold value Fth, control is performed to increase the contact force F.

次に、本実施形態におけるパンタグラフの接触力制御を機能構成の面から説明する。
図5は、本実施形態における機能構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態は、接触力検出部102と、集電装置制御部120と、接触力変動機構140とを備える。
接触力検出部102は、パンタグラフの接触力制御の要否を判定するために接触力Fを検出し、集電装置制御部120へ出力する。図3及び図4の例では、加速度計(加速度センサ)22a,22b、接触力演算器24、歪みゲージ26を含む接触力計測部20が接触力検出部102に該当する。なお、接触力と相関関係のある別のパラメータ(接触力相当パラメータ)を検出し、これを接触力の代わりに用いることとしてもよい。
Next, the contact force control of the pantograph in this embodiment will be described from the aspect of functional configuration.
FIG. 5 is a functional block diagram illustrating a functional configuration example according to the present embodiment. The present embodiment includes a contact force detection unit 102, a current collector control unit 120, and a contact force variation mechanism 140.
The contact force detection unit 102 detects the contact force F in order to determine whether or not pantograph contact force control is necessary, and outputs the contact force F to the current collector control unit 120. 3 and 4, the contact force measurement unit 20 including the accelerometers (acceleration sensors) 22a and 22b, the contact force calculator 24, and the strain gauge 26 corresponds to the contact force detection unit 102. Note that another parameter (contact force equivalent parameter) correlated with the contact force may be detected and used instead of the contact force.

集電装置制御部120は、接触力制御を実行するための各種判定処理や制御を行う手段であって、CPUによる演算処理や電子回路により実現される。図3の例では接触力制御装置30がこれに該当する。
本実施形態の集電装置制御部120は、(1)適用する制御要否判定用の閾値Fthを定める閾値生成部122と、(2)閾値Fthと接触力Fとに基づいて接触力制御の要否の判定、すなわち接触力制御を行うか否かの判定をする判定部124と、(3)接触力制御を行うと判定された場合に、接触力Fを増加させるための制御を行う接触力制御部126と、を含む。
The current collector control unit 120 is a means for performing various determination processes and control for executing contact force control, and is realized by arithmetic processing by a CPU and an electronic circuit. In the example of FIG. 3, the contact force control device 30 corresponds to this.
The current collector control unit 120 according to this embodiment includes (1) a threshold generation unit 122 that determines a threshold value Fth for determining the necessity of control to be applied, and (2) contact force control based on the threshold value Fth and the contact force F. A determination unit 124 that determines whether or not to perform contact force control; and (3) contact that performs control for increasing the contact force F when it is determined to perform contact force control. Force control unit 126.

閾値生成部122は、例えばCPUによる演算処理を含む構成では閾値Fthを記憶するコンピュータ読取り可能なICメモリ等の情報記憶媒体として実現される。   The threshold generation unit 122 is realized as an information storage medium such as a computer-readable IC memory that stores the threshold Fth in a configuration including arithmetic processing by a CPU, for example.

判定部124は、接触力Fが閾値Fth以下となるという閾値条件を満たすか否かを判定する。
接触力制御部126は、接触力変動機構140にへ接触力Fを増加させるための制御信号を出力する。
The determination unit 124 determines whether or not a threshold condition that the contact force F is equal to or less than the threshold Fth is satisfied.
The contact force control unit 126 outputs a control signal for increasing the contact force F to the contact force fluctuation mechanism 140.

接触力変動機構140は、接触力を増減するためのアクチュエータとその制御装置により実現される。図3及び図4の例では、エアスプリング12及びエアスプリング制御装置16により実現される。尚、アクチュエータの動作原理は圧縮空気の利用に限らず、電磁力や、空力、油圧などを利用するとしても良いのは勿論である。また、アクチュエータを単独で用いる構成に限らず、主バネとアクチュエータを直列或いは並列接続する構成を用いることもできる。   The contact force variation mechanism 140 is realized by an actuator for increasing or decreasing the contact force and its control device. 3 and 4, the air spring 12 and the air spring control device 16 are used. Needless to say, the operating principle of the actuator is not limited to the use of compressed air, but may use electromagnetic force, aerodynamic force, hydraulic pressure, or the like. Moreover, the structure which connects not only the structure which uses an actuator independently but a main spring and an actuator in series or in parallel can also be used.

次に、本実施形態における接触力制御の流れについて説明する。
図6は、接触力制御装置30による処理の流れを説明するためのフローチャートである。接触力制御装置30は、同フローチャートで示す処理を、所定サイクルで繰り返し実行する。具体的には、先ず接触力演算器24から現在の接触力Fを取得し(ステップS2)、取得した接触力Fと閾値Fthとを比較する(ステップS4)。
Next, the flow of contact force control in this embodiment will be described.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the flow of processing by the contact force control device 30. The contact force control device 30 repeatedly executes the processing shown in the flowchart in a predetermined cycle. Specifically, first, the current contact force F is acquired from the contact force calculator 24 (step S2), and the acquired contact force F and the threshold value Fth are compared (step S4).

比較の結果、取得した接触力Fが閾値Fth以下になった場合には(ステップS4のYES)、調整要と見なし、エアスプリング制御装置16へ接触力Fを増加させる制御信号を出力し、接触力の調整制御を開始する(ステップS6)。そして、接触力Fの増加制御開始から所定時間経過したかを判定し、経過すれば(ステップS8のYES)、ステップS2に戻る。尚、ここで言う所定時間は、想定される電車運行条件に基づき、接触力Fが閾値Fth以下となる現象が継続する継続時間を想定し、これより僅かに大きくなるように適宜設定するものとする。もし、車両速度に応じて変更するのが適切である場合には、予め車両速度と継続時間との関係を示す参照データを用意しておいて、当該ステップにおいて車両速度を取得するとともに、当該参照データに基づいて継続時間を決定し適用する処理を行うと好適である。
一方、取得した現在の接触力Fが閾値Fthに達していなければ(ステップS4のNO)、エアスプリング12で増加制御される前の初期状態の接触力が維持されるように標準制御を実行する(ステップS10)。
As a result of the comparison, when the acquired contact force F is equal to or less than the threshold value Fth (YES in step S4), it is considered that adjustment is necessary, and a control signal for increasing the contact force F is output to the air spring control device 16, and contact is made. Force adjustment control is started (step S6). Then, it is determined whether a predetermined time has elapsed from the start of the increase control of the contact force F, and if it has elapsed (YES in step S8), the process returns to step S2. The predetermined time mentioned here is set as appropriate so as to be slightly longer than this, assuming a duration in which a phenomenon in which the contact force F becomes equal to or less than the threshold value Fth is continued based on an assumed train operation condition. To do. If it is appropriate to change the speed according to the vehicle speed, reference data indicating the relationship between the vehicle speed and the duration is prepared in advance, the vehicle speed is acquired in the step, and the reference is made. It is preferable to perform a process of determining and applying the duration based on the data.
On the other hand, if the acquired current contact force F does not reach the threshold value Fth (NO in step S4), the standard control is executed so that the contact force in the initial state before the increase control by the air spring 12 is maintained. (Step S10).

よって、本実施形態のパンタグラフ及びパンタグラフの制御方法によれば、トロリ線14の摩耗を従来よりも抑制することができる。   Therefore, according to the pantograph and the pantograph control method of the present embodiment, wear of the trolley wire 14 can be suppressed as compared with the conventional case.

〔第2実施形態〕
次に、本発明を適用した第2実施形態について説明する。本実施形態は、基本的に第1実施形態と同様の構成により実現されるが、パンタグラフ2で集電された集電電流(上述の〔原理の説明〕欄の通電電流に相当)に応じて閾値Fthを逐次生成する機能を備えた点が異なる。尚、ここでは、主に第1実施形態との差異について述べることとし、第1実施形態と同様の構成要素については、同じ符合を付与して説明は省略するものとする。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment to which the present invention is applied will be described. This embodiment is basically realized by the same configuration as the first embodiment, but according to the collected current collected by the pantograph 2 (corresponding to the energized current in the [Description of Principle] section above). The difference is that a function for sequentially generating the threshold value Fth is provided. Here, differences from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those in the first embodiment will be given the same reference numerals and description thereof will be omitted.

図7は、本実施形態における集電装置及び接触力制御装置の構成例を示す図である。本実施形態のパンタグラフ2Bは、集電された電流を車体側へ伝える電力ケーブル18に電流検出器19が設けられている。電流検出器19は、常時或いは所定サイクルで本実施形態の接触力制御装置30Bに対して集電電流Icの計測結果を出力する。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the current collector and the contact force control device in the present embodiment. In the pantograph 2B of the present embodiment, a current detector 19 is provided in the power cable 18 that transmits the collected current to the vehicle body side. The current detector 19 outputs the measurement result of the collected current Ic to the contact force control device 30B of the present embodiment at all times or in a predetermined cycle.

図8は、本実施形態における機能構成例を示す機能ブロック図である。集電電流値Icを計測し集電装置制御部120へ計測結果を出力する集電電流計測部162を含む。図7の電流検出器19がこれに該当する。   FIG. 8 is a functional block diagram illustrating a functional configuration example according to the present embodiment. A current collecting current measuring unit 162 that measures the current collecting current value Ic and outputs the measurement result to the current collecting device control unit 120 is included. The current detector 19 in FIG. 7 corresponds to this.

そして、本実施形態の閾値生成部122Bは、例えば図に示すような集電電流Icと閾値Fthとの関係を定義する関数に従って、その時々の集電電流Icに応じた閾値Fthを決定する。尚、集電電流Icと閾値Fthとの関係は、関数として定義されるのではなく、テーブル形式のデータとして定義されていてもよい。   Then, the threshold value generator 122B of the present embodiment determines the threshold value Fth corresponding to the current collecting current Ic at that time, for example, according to a function that defines the relationship between the current collecting current Ic and the threshold value Fth as shown in the figure. The relationship between the current collection current Ic and the threshold value Fth is not defined as a function, but may be defined as data in a table format.

閾値Fthを算出する関数fは次のように求めることができる。
すなわち、トロリ線とすり板との電気接点を極微小なスケールで考えると、微小な凹凸が真実の接触点(真実接触点)となり電流を受け渡していると考えられる。トロリ線とすり板との接触力が減少すると、この真実接触点の数が減少しやがて極少ない数の真実接触点で全電流を通流させることとなる。すると、真実接触点での温度が上昇してやがて溶融して、溶融金属による橋絡が形成される。これが、アークが発生する前段階として生じる接点ブリッジである。
前述の試験(図1、図2参照)では、アークが発生する電圧15V以上の電圧降下が生じていないにも係わらずトロリ線の摩耗が急増している。そこで、トロリ線の摩耗が急増する条件は、この接点ブリッジが形成され、その温度がトロリ線の融点に達したときであると考えられる。
The function f for calculating the threshold value Fth can be obtained as follows.
In other words, when the electrical contact between the trolley wire and the sliding plate is considered on a very small scale, it can be considered that minute irregularities become true contact points (true contact points) and exchange current. When the contact force between the trolley wire and the sliding plate decreases, the number of the true contact points decreases, and the entire current is allowed to flow at a very small number of true contact points. Then, the temperature at the true contact point rises and eventually melts to form a bridge of molten metal. This is a contact bridge that occurs as a stage before an arc occurs.
In the above-described test (see FIGS. 1 and 2), the wear of the trolley wire is rapidly increasing despite the fact that no voltage drop of 15 V or more at which an arc is generated occurs. Therefore, it is considered that the condition that the wear of the trolley wire rapidly increases is when the contact bridge is formed and the temperature reaches the melting point of the trolley wire.

では、前述の試験において接触点の温度はどれぐらいになっていたのか。
通電中の接触点の温度を直接測定することは非常に困難であるが、公知の「φ−θ理論」に基づいて、接触点電圧降下Vcから接触面近傍の最高温度Tmaxを推定することができる。
具体的には、接点ブリッジが半球ドーム状の導体であるとのφ−θ理論のモデルに基づけば、接点ブリッジ(=半球ドーム状の導体)の内側と外側の電気抵抗dRは、次式(1)で得られる。

Figure 2012105394
なお、Rは電気抵抗(Ω)、ρは抵抗率(Ωm)、rは半球ドームの半径(m)である。 So what was the temperature at the contact point in the above test?
Although it is very difficult to directly measure the temperature of the contact point during energization, it is possible to estimate the maximum temperature Tmax near the contact surface from the contact point voltage drop Vc based on the known “φ-θ theory”. it can.
Specifically, based on the model of φ-θ theory that the contact bridge is a hemispherical dome-shaped conductor, the electrical resistance dR inside and outside the contact bridge (= hemispherical dome-shaped conductor) is expressed by the following equation ( Obtained in 1).
Figure 2012105394
Here, R is electrical resistance (Ω), ρ is resistivity (Ωm), and r is the radius (m) of the hemispheric dome.

この式(1)は、電気回路と熱回路の相似性から次式(2)へ変形することができる。

Figure 2012105394
なお、ωは熱抵抗(deg/W)、Kは熱伝導率(W/(m・deg))である。 This equation (1) can be transformed into the following equation (2) from the similarity between the electric circuit and the thermal circuit.
Figure 2012105394
Ω is the thermal resistance (deg / W), and K is the thermal conductivity (W / (m · deg)).

更に、温度差は熱抵抗にIφを乗じることで求められるので、更に次のように変形できる。

Figure 2012105394
なお、θは温度差(℃)、Iは電流(A)、φは電位(V)である。
ここで、dR=dφ/Iであるから、式(3)から式(4)及び式(5)が求まる。 Further, since the temperature difference is obtained by multiplying the thermal resistance by Iφ, it can be further modified as follows.
Figure 2012105394
Is the temperature difference (° C.), I is the current (A), and φ is the potential (V).
Here, since dR = dφ / I, equations (3) to (4) and (5) are obtained.

Figure 2012105394
Figure 2012105394
Figure 2012105394
Figure 2012105394

そして、接触電圧降下Vc(=2φ)であるので、次の式(6)が求められる。   Since the contact voltage drop Vc (= 2φ), the following equation (6) is obtained.

Figure 2012105394
Figure 2012105394

ここで、Wiedamann-Franzの法則によれば、金属の熱伝導率と電気伝導率の比は、絶対温度に比例し、その比例定数はローレンツ数であり、物質の種類によらない。
つまり、Kρ=LTが成立する。
L(=2.4×10−8):ローレンツ数(V/K)、 T:温度(K)
これを先に求めた式(6)に代入し、温度差0からθmaxまで積分すると式(7)及び式(8)が求められる。

Figure 2012105394
Figure 2012105394
Here, according to Wiedamann-Franz's law, the ratio of the thermal conductivity and electrical conductivity of a metal is proportional to the absolute temperature, and the proportionality constant is the Lorentz number, regardless of the type of material.
That is, Kρ = LT is established.
L (= 2.4 × 10 −8 ): Lorentz number (V / K) 2 , T: Temperature (K)
By substituting this into the previously obtained equation (6) and integrating from the temperature difference 0 to θmax, equations (7) and (8) are obtained.
Figure 2012105394
Figure 2012105394

式(8)に基づいて、前述の摩耗試験中の接点における接点ブリッジの予測最高温度Tmaxを算出すると、図9のグラフのようになる。
更に、式(8)に基づいて50A〜300Aまでの各電流におけるブリッジ予測最高温度Tmaxを算出すると、図10のグラフのようになる。
そして、図9と図10から、接点ブリッジの温度がトロリ線融点に達する面圧を臨界接触面圧Pcとすると、図11のグラフのように整理することができる。
When the predicted maximum temperature T max of the contact bridge at the contact during the wear test is calculated based on the equation (8), the graph shown in FIG. 9 is obtained.
Furthermore, when the bridge predicted maximum temperature T max at each current of 50 A to 300 A is calculated based on the equation (8), the graph shown in FIG. 10 is obtained.
Then, from FIG. 9 and FIG. 10, when the contact pressure at which the contact bridge temperature reaches the trolley wire melting point is defined as the critical contact contact pressure Pc, it can be arranged as shown in the graph of FIG.

よって、前述のように、トロリ線の摩耗が急増する条件を、接点ブリッジの温度がトロリ線の融点に達したときであると考えるならば、接触面圧が臨界接触面圧以下になると摩耗が急増すると言える。よって、図11のグラフに示す関係から、集電電流Idに応じた閾値Fthを求める関数fを設定する。   Therefore, as described above, if the condition that the wear of the trolley wire rapidly increases is that the temperature of the contact bridge reaches the melting point of the trolley wire, the wear is reduced when the contact surface pressure becomes less than the critical contact surface pressure. It can be said to increase rapidly. Therefore, from the relationship shown in the graph of FIG. 11, a function f for determining the threshold value Fth corresponding to the current collection current Id is set.

図12は、本実施形態における接触力制御装置30Bによる処理の流れを説明するためのフローチャートである。同処理は、基本的には第1実施形態の接触力制御装置30による処理の流れと同様であるが、ステップS2とステップS4の間に、現在の集電電流Icを取得し(ステップS3a)、取得した集電電流Icに基づいてステップS4にて適用される閾値Fthを生成する(ステップS3b)、処理を実行する。   FIG. 12 is a flowchart for explaining the flow of processing by the contact force control device 30B in the present embodiment. The process is basically the same as the process flow by the contact force control device 30 of the first embodiment, but the current collecting current Ic is acquired between step S2 and step S4 (step S3a). Then, based on the acquired current collection current Ic, a threshold value Fth applied in step S4 is generated (step S3b), and the process is executed.

以上、本実施形態によれば、集電電流Icに応じたより適切な閾値Fthに基づく接触力の調整が可能になるので、より効果的にトロリ線の摩耗を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, the contact force can be adjusted based on a more appropriate threshold value Fth according to the current collection current Ic, and therefore, wear of the trolley wire can be more effectively suppressed.

〔第3実施形態〕
次に、本発明を適用した第3実施形態について説明する。本実施形態は、基本的に第1又は第2実施形態と同様の構成により実現されるが、接触力の調整要と判定された場合に、すなわち接触力Fが閾値Fth以下になった場合に、接触力Fを増加させるとともに、電車線路から主回路への電力供給を開閉制御する点が異なる。尚、ここでは、主に第2実施形態との差異について述べることとし、第2実施形態と同様の構成要素については、同じ符合を付与して説明は省略するものとする。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment to which the present invention is applied will be described. This embodiment is basically realized by the same configuration as that of the first or second embodiment, but when it is determined that the contact force needs to be adjusted, that is, when the contact force F becomes equal to or less than the threshold value Fth. The difference is that the contact force F is increased and the power supply from the train track to the main circuit is controlled to be opened and closed. Here, differences from the second embodiment will be mainly described, and the same components as those in the second embodiment will be given the same reference numerals and description thereof will be omitted.

図13は、本実施形態における集電装置及び接触力制御装置の構成例を示す図である。本実施形態は、基本的には第2実施形態と同様の構成を有する。電力ケーブル18は、インバータ及び主電動機を含む主回路40と、空調や各種補機を含む補助回路42とに電力を供給する。そして、主回路40への通電を遮断/復帰する開閉器32を備える。開閉器32は、本実施形態の接触力制御装置30Cが備える開閉器コントローラ回路34により遮断/復帰を外部制御される装置である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of the current collector and the contact force control device in the present embodiment. This embodiment basically has the same configuration as that of the second embodiment. The power cable 18 supplies power to a main circuit 40 including an inverter and a main motor and an auxiliary circuit 42 including air conditioning and various auxiliary machines. And the switch 32 which interrupts | blocks / returns electricity supply to the main circuit 40 is provided. The switch 32 is a device that is externally controlled for breaking / returning by a switch controller circuit 34 provided in the contact force control device 30C of the present embodiment.

図14は、本実施形態における機能構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態の機能構成は、基本的には第2実施形態と同様であるが、判定部124は、接触力の調整が必要と判断した場合に、通電制御部128へ制御信号を出力する。   FIG. 14 is a functional block diagram illustrating a functional configuration example according to the present embodiment. The functional configuration of this embodiment is basically the same as that of the second embodiment, but the determination unit 124 outputs a control signal to the energization control unit 128 when it is determined that the contact force needs to be adjusted.

通電制御部128は、判定部124から制御信号を受けると、主回路40への通電の遮断/復帰を行う負荷開閉部142へ、一時的(例えば、100ms以下)に通電を遮断させ復帰させるように制御する制御信号を出力する。通電遮断時間は、主回路のインバータの前段に設けられるフィルタコンデンサの容量等に応じて適宜設定される。また、フィルタコンデンサとは別に、主回路の前段に蓄電装置(大容量キャパシタ等)を設ける構成としてもよい。図13の例では、通電制御部128は開閉器コントローラ回路34、負荷開閉部142は開閉器32に相当する。   When receiving the control signal from the determination unit 124, the energization control unit 128 temporarily interrupts the energization (for example, 100 ms or less) and restores it to the load opening / closing unit 142 that interrupts / returns energization to the main circuit 40. A control signal to be controlled is output. The energization cut-off time is appropriately set according to the capacity of the filter capacitor provided in the front stage of the inverter of the main circuit. In addition to the filter capacitor, a power storage device (such as a large-capacity capacitor) may be provided in front of the main circuit. In the example of FIG. 13, the energization controller 128 corresponds to the switch controller circuit 34, and the load switch 142 corresponds to the switch 32.

図15は、本実施形態における接触力制御装置30Cによる処理の流れを説明するためのフローチャートである。同処理は、基本的には第2実施形態の接触力制御装置30による処理の流れと同様であるが、ステップS4とステップS6との間に、主回路への一時通電遮断を行う制御を実行する(ステップS5)。   FIG. 15 is a flowchart for explaining the flow of processing by the contact force control device 30C in the present embodiment. This process is basically the same as the process flow by the contact force control device 30 of the second embodiment, but the control for temporarily interrupting the main circuit is executed between step S4 and step S6. (Step S5).

以上、本実施形態によれば、高摩耗領域Wを避けるために接触力Fを調整するとともに、電車線路から主回路への電力供給を一時的に開閉することで、要求電流を低下させ、高摩耗領域Wにおける摩耗の発生をより確実に回避することができる。   As described above, according to the present embodiment, the contact force F is adjusted in order to avoid the high wear region W, and the required current is reduced by temporarily opening and closing the power supply from the train track to the main circuit. The occurrence of wear in the wear region W can be avoided more reliably.

尚、電車線路から主回路への電力供給を開閉する機能は、必ずしも接触力の調整に関する制御と同時に行う構成に限らず、接触力の調整に係る構成が故障した場合のバックアップ機能として設ける構成としても良い。その場合、ステップS5の前に、接触力の調整に係る構成の故障判定処理を実行し、故障が発生している場合にステップS5を実行する流れとすると好適である。   Note that the function to open and close the power supply from the train track to the main circuit is not limited to the configuration that is performed at the same time as the control related to the contact force adjustment, but is provided as a backup function when the configuration related to the contact force adjustment fails. Also good. In that case, it is preferable to execute the failure determination process of the configuration related to the adjustment of the contact force before step S5, and to execute step S5 when a failure has occurred.

また、主回路40に高速度遮断器が含まれる場合には、開閉器32の代わりに当該遮断機を外部操作することにより駆動系回路への電流を開閉するとしても良い。   When the main circuit 40 includes a high-speed circuit breaker, the current to the drive system circuit may be switched by operating the circuit breaker externally instead of the switch 32.

また、主回路40への電力供給を遮断することして説明したが、補助回路42への電力供給を遮断することとしてもよいし、主回路40及び補助回路42の両方への電力供給を遮断することとしてもよい。この場合、補助回路42の前段に蓄電装置(例えば大容量キャパシタ等)を設け、一時的な電力供給の遮断を補償することとしてもよい。   Further, the power supply to the main circuit 40 has been described as being cut off. However, the power supply to the auxiliary circuit 42 may be cut off, or the power supply to both the main circuit 40 and the auxiliary circuit 42 may be cut off. It is good as well. In this case, a power storage device (for example, a large-capacity capacitor) may be provided before the auxiliary circuit 42 to compensate for temporary interruption of power supply.

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の実施形態はこれらに限るものではなく、発明の主旨を逸脱しない限りにおいて適宜構成要素の追加・省略・変更を加えることができる。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment which applied this invention was described, embodiment of this invention is not restricted to these, The addition, omission, and change of a component can be added suitably, unless it deviates from the main point of invention.

例えば、上記実施形態では集電装置としてパンタグラフを用いる構成を示したがこれに限らず、集電装置として集電靴を用いて導電レール(第3軌条)との接触力の調整に本発明を適用することもできる。   For example, although the configuration using a pantograph as a current collector is shown in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and the present invention is used for adjusting the contact force with a conductive rail (third rail) using a current collector shoe as a current collector. It can also be applied.

また、第3実施形態では主回路40への電力供給を遮断する例を示したが、電力供給を「0」にせずに一時的に「減らす」構成としても良い。   In the third embodiment, the power supply to the main circuit 40 is cut off. However, the power supply may be temporarily “reduced” instead of “0”.

2 パンタグラフ
8 枠組
9 舟支え
9c コイルバネ
10 舟体
12 エアスプリング
13 すり板
14 トロリ線
16 エアスプリング制御装置
20 接触力計測部
22a、22b 加速度計
24 接触力演算器
26 歪みゲージ
30 接触力制御装置
102 接触力検出部
120 集電装置制御部
122 閾値生成部
124 判定部
126 接触力制御部
140 接触力変動機構
2 Pantograph 8 Frame 9 Boat Support 9c Coil Spring 10 Ship Body 12 Air Spring 13 Grinding Plate 14 Trolley Wire 16 Air Spring Control Device 20 Contact Force Measuring Units 22a, 22b Accelerometer 24 Contact Force Calculator 26 Strain Gauge 30 Contact Force Control Device 102 Contact force detection unit 120 Current collector control unit 122 Threshold generation unit 124 Determination unit 126 Contact force control unit 140 Contact force variation mechanism

Claims (4)

集電装置のすり板の電車線路への接触力を変化させることが可能な接触力変動機構を制御して前記接触力を制御する接触力制御方法であって、
前記すり板の前記電車線路への接触力を検出することと、
前記接触力が低減することによって、前記電車線路と前記すり板との電位差が、0.4〜0.6Vの範囲内で定められた規定電圧となる前記接触力を閾値とし、前記接触力がこの閾値以下となる閾値条件を満たすか否かを判定することと、
前記閾値条件を満たすと判定された場合に前記接触力を増大させるよう前記接触力変動機構を制御することと、
を含む接触力制御方法。
A contact force control method for controlling the contact force by controlling a contact force variation mechanism capable of changing the contact force of the current collector's sliding plate to the train track,
Detecting the contact force of the sliding plate to the train track;
By reducing the contact force, the potential difference between the train line and the sliding plate is set to a threshold voltage that is a specified voltage determined within a range of 0.4 to 0.6 V, and the contact force is Determining whether or not a threshold condition that is less than or equal to this threshold is satisfied;
Controlling the contact force variation mechanism to increase the contact force when it is determined that the threshold condition is satisfied;
Including a contact force control method.
前記閾値条件は前記集電装置の集電電流に応じた条件として定められており、
前記集電装置による集電電流を検出することを更に含み、
前記閾値条件を満たすか否かを判定することは、前記検出された集電電流に応じた前記閾値条件を満たすか否かを判定することである、
請求項1に記載の接触力制御方法。
The threshold condition is defined as a condition according to the current collection current of the current collector,
Further comprising detecting a current collected by the current collector,
Determining whether or not the threshold condition is satisfied is to determine whether or not the threshold condition according to the detected current collection is satisfied.
The contact force control method according to claim 1.
前記閾値条件を満たすと判定された場合に前記集電装置から主回路及び/又は補助回路への電力供給を一時的に遮断或いは低減する制御を行うこと、
を更に含む請求項1又は2に記載の接触力制御方法。
Performing control to temporarily cut off or reduce power supply from the current collector to the main circuit and / or auxiliary circuit when it is determined that the threshold condition is satisfied,
The contact force control method according to claim 1 or 2, further comprising:
集電装置のすり板の電車線路への接触力を変化させることが可能な接触力変動機構と、
前記すり板の前記電車線路への接触力を検出する接触力検出部と、
前記接触力が低減することによって、前記電車線路と前記すり板との電位差が、0.4〜0.6Vの範囲内で定められた規定電圧となる前記接触力を閾値とし、前記接触力がこの閾値以下となる閾値条件を満たすか否かを判定する判定部と、
前記閾値条件を満たすと判定された場合に前記接触力を増大させるよう前記接触力変動機構を制御する制御部と、
を備えた接触力制御装置。
A contact force variation mechanism capable of changing the contact force of the current collector's sliding plate to the train track;
A contact force detector for detecting a contact force of the sliding plate to the train line;
By reducing the contact force, the potential difference between the train line and the sliding plate is set to a threshold voltage that is a specified voltage determined within a range of 0.4 to 0.6 V, and the contact force is A determination unit that determines whether or not a threshold condition that is equal to or lower than the threshold is satisfied;
A control unit that controls the contact force variation mechanism to increase the contact force when it is determined that the threshold condition is satisfied;
A contact force control device.
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