JP2013223376A - パンタグラフ位置補正機構、及びそれを備えた鉄道車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パンタグラフの位置補正機構において、台車20と車体左右両側に垂下した各ワイヤー13との間に設けられ、上下、左右、ボギーの各変位ではパンタグラフ支持架台を移動させず、車体の傾斜状態でのみワイヤーを引張してパンタグラフ支持架台を移動させるワイヤー引張調整部110を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
このように構成することで、車両が曲線区間を走行して車体傾斜機構の作用によって車体が傾斜したときには、図21Bに示すように、傾斜外側のワイヤー13が引っ張られてパンタグラフ11を移動させ、パンタグラフ集電舟の中央部を軌道中心の延長線の近傍に位置させることができる。尚、「30」は架線を、「50」は空気ばねをそれぞれ示している。
その結果、ワイヤー13に必要以上の回数の外力が作用することから、ワイヤー13が疲労損傷し、断線するという問題が実車において発生している。
即ち、本発明の第1態様における鉄道車両用パンタグラフの位置補正機構は、車体と台車とを備えた鉄道車両において、前記車体の傾斜に拘わらず、前記車体の屋根上に配置されたパンタグラフと架線との相対変位を小さくするパンタグラフ位置補正機構であって、
前記パンタグラフが載置され、車幅方向に移動可能なパンタグラフ支持架台と、
前記パンタグラフ支持架台から前記車体の両側面に沿って、前記車体の下方まで引き通されたワイヤーと、
前記台車と車幅方向両側に垂下した各前記ワイヤーとの間に設けられたワイヤー引張調整部を備え、
前記ワイヤー引張調整部は、
前記車体の前記台車に対する上下方向、左右方向、回動方向の相対変位を吸収し、前記車体が前記台車に対して傾斜した際に、前記ワイヤーを引張して前記パンタグラフ支持架台を車幅方向に移動させる、
ことを特徴とする。
よって、以下に説明する各実施形態では、前記ワイヤー引張調整部の構成がそれぞれ相違する。
図21A、図21B及び図22に示すように、パンタグラフ11は、支持架台11aに固定されており、支持架台11aは、車体10の屋根上で車幅方向10aに沿って設置されたガイド11bに対して、スライダ11cによって移動可能に取り付けられている。よって、パンタグラフ11は、車体屋根に対して車幅方向10aに移動可能である。ここで、ガイド11bの形状は直線状ではなく、車体10の傾斜中心を中心とした円弧状である。尚、図22は、菱形パンタグラフの形態を図示するが、シングルアーム型(Z形)等でもよくパンタグラフ形態は問わない。
ワイヤー引張調整部は、当該パンタグラフの位置補正機構における特徴的構成部分であり、鉄道車両の台車20と左右両側の各ワイヤー13との間に設けられ、車体−台車間の上下変位、左右変位、回動変位(以下、ボギー変位と記す場合もある)の各変位ではパンタグラフ11を車幅方向10aに移動させず、曲線区間での車体傾斜に応じてワイヤー13を引張してパンタグラフ11を車幅方向10aに移動させる機構である。
このようなワイヤー引張調整部について、以下に詳しく説明する。
図1から図3を参照して、本発明の実施形態1における、鉄道車両用パンタグラフの位置補正機構101に備わるワイヤー引張調整部110について説明する。尚、図1から図3は、パンタグラフ位置補正機構101の構成及び機能を概念的に図示したものであり、実際の構造とは相違する部分がある。
トーションバー111は、例えば棒材で形成されて車幅方向10aに延在し、その軸周り方向113に回動自在となるように、台車20の横梁21aに軸受114を介して支持されている。トーションバー111の両端部111aは折り曲げられ、トーションバー111は平面視でコ字形状であり、車幅方向10aにおいて台車20の中心に対して左右対称な形状である。このようなトーションバー111の両端部111aの先端部分には、上述のように張力付与装置40の巻き取りドラム41から垂下されたワイヤー13がそれぞれ接続される。
図2は、例えば空気ばね50の収縮、膨張によって車体10が上下動した場合におけるワイヤー引張調整部110の動作を図示している。尚、「10b」は、車幅方向10aに直角方向の車長方向を示し、「10c」は、車幅方向10a及び車長方向10bに直交する上下方向を示している。
図2の(a)に示すように、車体10が通常高さに位置するときには、ワイヤー引張調整部110のトーションバー111の両端部111aは、水平又はほぼ水平に位置する。
また、車体10が通常高さよりも上がって位置するときには、図2の(c)に示すように、トーションバー111は、トーションばね112の作用によって、その両端部111aが上向きに回動する。この場合も、トーションバー111の回動によって、左右の各ワイヤー13は、車高が変化したにもかかわらず、張力付与装置40の巻き取りドラム41に巻き取られたり、巻き戻されたりすることはない。
また、車体10の左右の変位、及び台車20のボギーの各変位では、トーションバー111は、軸周り方向113に回動することはなく車体10に対して相対的に変位するだけである。したがって左右の各ワイヤー13における長さは変化せず、同一であり、巻き取りドラム41に巻き取られたり巻き戻されたりすることもなく、ワイヤー13に対する引張作用は、発生しない。
したがって、上下、左右、及びボギー変位のいずれの場合も車幅方向10aにパンタグラフ11が移動することはない。
次に、図4から図9を参照して、本発明の実施形態2における、鉄道車両用パンタグラフの位置補正機構102に備わるワイヤー引張調整部120について説明する。
上述のワイヤー引張調整部110では、図2を参照して説明したように、台車20に対する車体10の上下動の際にトーションばね112の作用により、トーションバー111が軸周り方向113に回動する。したがって、台車20に対する車体10の上下動の際には、トーションばね112による回動力が僅かに作用する。その結果、若干、車体10の上下方向のクッション性が低下する場合も考えられる。そこで、本実施形態2におけるワイヤー引張調整部120は、この点を改良した機構であり、トーションばね112を設けない構造を提供する。
尚、図4から図9についても、パンタグラフ位置補正機構102の構成及び機能を概念的に図示するものであり、実際の構造とは相違する部分がある。
中間部材126は、棒状の部材であり、その一端126aが連結部材121の他端121bと互いに旋回可能に連結され、他端126bが、垂下しているワイヤー13の1本に接続される部材である。よって中間部材126は、上下方向10cに延在するように配置される。また、本実施形態では図5に示すように、その軸方向のほぼ中央部に突起部126cを有する。
また、弾性部材127は、その弾性力にて、中間部材126の突起部126cをガイド筒128の上下方向10cにおけるほぼ中央(下記中立位置)に配置させることから、上述の上下、左右、ボギーの各変位では、中間機構125における中立位置に中間部材126を配置させる弾性力を有する部材、と表現することもできる。
図6は、台車20に対して車体10が上下に変位する場合における、ワイヤー引張調整部120の動作を示し、図6の(a)は車体10が通常高さに位置する場合、図6の(b)は車体10が通常高さよりも下へ変位した場合、図6の(c)は車体10が通常高さよりも上へ変位した場合をそれぞれ示している。
図6の(b)、(c)のいずれの場合でも、トーションバー111がその軸周り方向113に回動することで、中間機構125における中間部材126は、ガイド筒128の上下方向10cにおけるほぼ中央(中立位置)に配置されている。
またこのとき、トーションバー111が軸周り方向113へ回動するにあたり、実施形態1の場合のように付勢力が作用することはない。したがって、車体10の上下方向のクッション性が低下することもない。
図7の(b)、(c)のいずれの場合でも、連結部材121の両端は球面軸受170にて、トーションバー111及び中間部材126と旋回可能に連結されていることから、連結部材121がトーションバー111に対して左右に振れることで、中間機構125における中間部材126は、ガイド筒128の上下方向10cにおけるほぼ中央(中立位置)に配置されている。
図8の(b)に示すボギー変位した場合でも、連結部材121の両端は球面軸受170にて、トーションバー111及び中間部材126と旋回可能に連結されていることから、トーションバー111の軸周り方向113への回動と、トーションバー111及び中間部材126に対する連結部材121の変位との組み合わせによって、中間機構125における中間部材126は、ガイド筒128の上下方向10cにおけるほぼ中央(中立位置)に配置された状態を維持することができる。
したがって、上下、左右、及びボギー変位のいずれの場合でも、車幅方向10aにパンタグラフ11が移動することはない。
また上述したように、ワイヤー引張調整部120では、トーションバー111にはトーションばね112を設けていないので、実施形態1のワイヤー引張調整部110に比べると、車体10の上下方向のクッション性が低下することもない。
次に、図10(図10A及び図10B)から図16を参照して、本発明の実施形態3における、鉄道車両用パンタグラフの位置補正機構103に備わるワイヤー引張調整部130について説明する。
上述した、実施形態1、2におけるワイヤー引張調整部110、120では、いずれの場合も、トーションバー111が車幅方向10aに延在して、その両端部111aは、車体10の左右両側壁位置付近に配置され、この両端部111aにワイヤー13が直接あるいは間接的に接続された構造を有する。よって、実施形態1、2におけるワイヤー引張調整部110、120は、車幅方向10aにおける車体10の傾斜中心15が車幅方向10aの中央に位置する車体傾斜機構、例えばコロ式の車体傾斜機構180、において採用可能な機構である。一方、車体傾斜機構としては、図10に示す空気ばね式車体傾斜装置185によって左右の空気ばね50の伸縮を利用して車体10を傾斜させる機構も存在する。この場合、車幅方向10aにおける車体10の傾斜中心15は、車幅方向10aの中央から外れ、内軌側に対応する左、右のどちらかの空気ばね付近に位置する。
本実施形態3におけるパンタグラフの位置補正機構103に備わるワイヤー引張調整部130は、車体10の傾斜中心15が車幅方向10aの中央から外れる場合に採用可能な機構であり、傾斜中心15のずれを車幅方向10aの中央に補正して、車体10の左右両側に垂下した各ワイヤー13の変位量を左右で略同一にする補正機構131を備える。
また、図10に示す空気ばね式車体傾斜装置185は、路線データを有する構成及びセンサの検出情報で判断する構成を含み、走行している曲線区間状態を制御装置186が判断して調整弁187を駆動制御し、左右の空気ばね50の伸縮を行う。
ワイヤー引張調整部130は、一つのトーションバー111と、一対の連結部材121と、前記補正機構131としての中間梁132とを有する。
ここで、トーションバー111は、実施形態1、2で説明した部材であり、台車20の横梁21aの下側に軸受114を介して支持されている。しかしながら、トーションばね112は、設けておらず、また、両端部111aまでの長さは、図10に図示するように、車体10の車幅長と同程度ではなく、車幅方向10aにおける車体10の中央から左右のそれぞれに、車幅の略半分程度まで延在する長さである。また、図10Aに示す構成では、トーションバー111は、図12に示すように、左右両端部分にて軸受114を介して支持され、各端部近傍においてそれぞれの連結部材121に連結される腕部を有する構成となっている。
本実施形態のワイヤー引張調整部130においても、台車20に対する車体10の上下変位、左右変位、及びボギー変位については、実施形態2のワイヤー引張調整部120の構成において図6から図8を参照して上述した動作と同様に動作する。即ち、台車20に対して車体10が上下に変位する場合には、トーションバー111が軸周り方向113に回動し、また車幅方向10aに左右に変位する場合には、トーションバー111に対して連結部材121が左右に振れ、さらにボギー変位する場合には、車体10と一体とみなせる中間梁132に対して、トーションバー111及び連結部材121がそれぞれ組み合わされて変位する。
よって、中間梁132の両方の端部132a、132bに接続された車体左右の各ワイヤー13における長さは変化せず同一であり、各ワイヤー13が巻き取りドラム41に巻き取られたり巻き戻されたりすることもなく、ワイヤー13に対する引張作用は、発生しない。
したがって、上下、左右、及びボギー変位のいずれの場合でも、車幅方向10aにパンタグラフ11が移動することはない。
図16は、曲線区間にて空気ばね50によって車体10が内軌側に傾斜した状態を図示するが、この場合、車幅方向10aにおける車体10の傾斜中心15は、車幅方向10aの中央から外れ、内軌側の空気ばね50付近に位置する。
次に、図17から図20を参照して、本発明の実施形態4における、鉄道車両用パンタグラフの位置補正機構104に備わるワイヤー引張調整部140について説明する。尚、図17から図20についても、パンタグラフ位置補正機構104の構成及び機能を概念的に図示するものであり、実際の構造とは相違する部分がある。
本実施形態4におけるパンタグラフ位置補正機構104においても、実施形態3と同様に、車体10の傾斜中心15が車幅方向10aの中央から外れる車体傾斜機構、例えば空気ばね式車体傾斜装置185を用いた鉄道車両においても採用可能な機構である。
本実施形態4におけるワイヤー引張調整部140と、実施形態3のワイヤー引張調整部130との相違点は、補正機構141に関する部分である。よって以下では、補正機構141について主に説明を行う。
このような「b1」、「h2」について、「b1」に対して「h2」が長い場合には、実施形態3のワイヤー引張調整部130では、車体傾斜状態において、パンタグラフ11の集電舟が架線から外れるようなことは無いものの、軌道中心の垂直線上からのパンタグラフ中央のズレが多少大きくなる場合がある。
本実施形態4におけるワイヤー引張調整部140は、このような懸念を解決するための構成である。尚、実際には、パンタグラフ11自体が、車幅方向10aにおいて架線に対して十分な裕度を有して設計されることから、実用上、ワイヤー引張調整部140を採用することなく実施形態3のワイヤー引張調整部130で十分対処可能と考えられる。
ワイヤー引張調整部140は、図17及び図18に示すように、一つのトーションバー111と、一対の連結部材121と、補正機構141とを備える。本実施形態4では、補正機構141は、中間梁142と、変換てこ部材143a,143b(変換てこ部材143と記す場合もある)とを有する。尚、トーションバー111及び連結部材121は、実施形態3で説明したものと同一部材であるので、ここでの説明は省略する。
よって、このように構成される変換てこ部材143a,143bは、中間梁142における軸受135を中心とした揺動に応じて、軸受148を中心として、他端143dが上下する。
トーションバー111及び連結部材121は、実施形態3のワイヤー引張調整部130にて説明したように変位し、これによって、中間梁142も軸受135を中心として揺動する。つまり中間梁132の内軌側の端部が車体10の床面に近づくように、外軌側の端部が床面から離れるように、中間梁142は揺動する。
この中間梁142の揺動により、内軌側の変換てこ部材143aは、軸受148を中心に回動して、その他端143dは、車体10の床面へ近接する。一方、外軌側の変換てこ部材143bも軸受148を中心に回動して、その他端143dは、車体10の床面から離れて位置する。
また、パンタグラフ位置補正機構104は、実施形態3のパンタグラフ位置補正機構103と同様に、空気ばね50によって車体10を傾斜される車体傾斜機構のみならず、車体10の傾斜中心15が車幅方向10aの中央に位置して車体10を傾斜させる車体傾斜機構を有する車両においても採用可能である。いずれの車体傾斜機構においても、車体傾斜状態においてパンタグラフ11を、軌道中心の略垂直線上に配置させることができる。
18…パンタグラフ支持架台案内装置、20…台車、40…張力付与装置、
101〜104…パンタグラフ位置補正機構、
110…ワイヤー引張調整部、111…トーションバー、112…トーションばね、
120…ワイヤー引張調整部、121…連結部材、125…中間機構、
126…中間部材、127…弾性部材、
130…ワイヤー引張調整部、131…補正機構、132…中間梁、
140…ワイヤー引張調整部、141…補正機構、142…中間梁、
143…変換てこ部材、180…車体傾斜装置、185…空気ばね式車体傾斜装置。
Claims (11)
- 車体と台車とを備えた鉄道車両において、前記車体の傾斜に拘わらず、前記車体の屋根上に配置されたパンタグラフと架線との相対変位を小さくするパンタグラフ位置補正機構であって、
前記パンタグラフが載置され、車幅方向に移動可能なパンタグラフ支持架台と、
前記パンタグラフ支持架台から前記車体の両側面に沿って、前記車体の下方まで引き通されたワイヤーと、
前記台車と車幅方向両側に垂下した各前記ワイヤーとの間に設けられたワイヤー引張調整部を備え、
前記ワイヤー引張調整部は、
前記車体の前記台車に対する上下方向、左右方向、回動方向の相対変位を吸収し、前記車体が前記台車に対して傾斜した際に、前記ワイヤーを引張して前記パンタグラフ支持架台を車幅方向に移動させる、
ことを特徴とするパンタグラフ位置補正機構。 - 前記ワイヤー引張調整部は、
車幅方向に延在し、その軸周り方向に回動自在に前記台車に取り付けられ、両端部に前記ワイヤーがそれぞれ接続される、平面視コ字形状のトーションバーと、
前記車体が前記台車に対して傾斜した際に、前記トーションバーの回動を規制する回動規制部と、を有し、
前記トーションバーは、
回動することにより、前記車体の前記台車に対する上下方向、左右方向、回動方向の相対変位を吸収し、前記車体が前記台車に対して傾斜した際に、前記回動規制部により回動が規制されて、前記トーションバーを介して前記ワイヤーが引張される、請求項1に記載のパンタグラフ位置補正機構。 - 前記ワイヤー引張調整部は、
車幅方向に延在し、その軸周り方向に回動自在に前記台車に取り付けられる、平面視コ字形状のトーションバーと、
一端が前記トーションバーの先端部に対して旋回可能に接続される一対の連結部材と、
内部に弾性部材を含み、前記車体の両側面に設けられ、その一端が前記連結部材の他端に対して旋回可能に接続されるとともに、その他端が前記ワイヤーに接続される一対の中間部材と、を有し、
前記トーションバーと前記連結部材とは、前記車体の前記台車に対する上下方向、左右方向、回動方向の相対変位を吸収し、
前記車体が前記台車に対して傾斜した際に、内軌側の前記連結部材の上下方向の変位が前記弾性部材により吸収され、かつ前記中間部材を介して前記ワイヤーが引張される、請求項1に記載のパンタグラフ位置補正機構。 - 前記連結部材は、その両端が球面軸受を介して、前記中間部材及び前記トーションバーと接続される、請求項3に記載のパンタグラフ位置補正機構。
- 前記ワイヤー引張調整部は、
車体の傾斜中心が車幅方向中央から外れている場合において、前記車体の両側面に引き通された各前記ワイヤーの変位量を略同一とする、請求項1に記載のパンタグラフ位置補正機構。 - 前記ワイヤー引張調整部は、
車幅方向に延在し、その軸周り方向に回動自在に前記台車に取り付けられる、平面視コ字形状のトーションバーと、
一端が前記トーションバーの先端部に対して旋回可能に接続される一対の連結部材と、
前記車体の車幅方向中央において前記車体に対して揺動可能に接続され、車幅方向に延在する中間梁と、を有し、
前記ワイヤーは、前記中間梁の車幅方向両端部に接続され、
前記連結部材は、その他端が前記中間梁の前記車体に対する揺動中心と車幅方向端部との間にて、前記中間梁に対して旋回可能に接続され、
前記車体が前記台車に対して傾斜した際に、前記中間梁が前記車体に対して傾斜して各前記ワイヤーの変位量を略同一にする、請求項5に記載のパンタグラフ位置補正機構。 - 前記ワイヤー引張調整部は、
各前記ワイヤーの変位量と前記パンタグラフ支持架台の移動量とを略一致させる、請求項1に記載のパンタグラフ位置補正機構。 - 前記ワイヤー引張調整部は、
車幅方向に延在し、その軸周り方向に回動自在に前記台車に取り付けられる、平面視コ字形状のトーションバーと、
一端が前記トーションバーの先端部に対して旋回可能に接続される一対の連結部材と、
前記車体の車幅方向中央において前記車体に対して揺動可能に接続された車幅方向に延在する中間梁と、
その一端が前記車体に対して回動可能に接続されるとともに、その他端が前記ワイヤーに接続され、かつ、前記一端と前記他端との間に前記中間梁の車幅方向の端部が回動可能に接続される一対の変換てこ部材とを有する、請求項7に記載のパンタグラフ位置補正機構。 - 前記パンタグラフの支持架台に設けられ、前記車体の両側面に引き通された前記ワイヤーに張力を付与する張力付与装置をさらに有する、請求項1から7のいずれかに記載のパンタグラフ位置補正機構。
- 請求項1から9のいずれかに記載のパンタグラフ位置補正機構と、
車体傾斜装置と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両。 - 請求項5から8のいずれかに記載のパンタグラフ位置補正機構と、
空気ばね式車体傾斜装置と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両。
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