JP2014147268A - パンタグラフ状態検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】システムを構成している機器のうち、電池で駆動する機器の省電力化を実現可能なパンタグラフ状態検知システムを得ること。
【解決手段】本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムは、列車の複数のパンタグラフそれぞれの可動部に設置され、自身が設置されているパンタグラフの状態を所定のタイミングで検知するセンサ端末１（１₁〜１₃）と、センサ端末１におけるパンタグラフの状態検知結果を取得して運転士へ通知する、運転台に設置された運転台端末３（３₁，３₂）と、センサ端末１と運転台端末３との間で無線信号を中継する中継端末２（２₁〜２₄）と、を備え、センサ端末１および中継端末２は、直接通信することが可能な周囲のセンサ端末１、中継端末２または運転台端末３である隣接端末と通信する必要がない場合、信号の送受信動作を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両において、パンタグラフが正常な状態か否かを検知するパンタグラフ状態検知システムに関する。

パンタグラフが正常状態か否かを検知する従来の装置として、特許文献１に記載のパンタグラフ誤動作防止装置が存在する。このパンタグラフ誤動作防止装置は、沿線の電柱に取り付けられた応答器から取得した位置情報に基づいて進行先の区間種別を判別し、判別結果に応じた制御を行う。例えば、パンタグラフを上昇させた状態のまま無架線区間に進入すると判断した場合には、パンタグラフを下降させる。また、パンタグラフ上昇検知装置を地上または車上に備え、パンタグラフの状態が正常かどうか（例えば、無架線区間でパンタグラフが上昇した状態となっていないかどうか）を監視する。車上に設置されたパンタグラフ上昇検知装置は、タグと質問器の通信が成立するか否かでパンタグラフの状態（上昇させた状態と下降させた状態のどちらか）を判別している。

特開２００７−２９５６４０号公報

特許文献１には、車上（車両外）にパンタグラフ上昇検知装置を設置する構成が開示されているが、このような、車両外に装置を設置する場合、一般的には電池を電源として使用するため、省電力化が課題となる。消費電力が大きい場合、電池を頻繁に交換するか大容量の電池を搭載する必要があり、いずれの場合にもコストアップとなる。鉄道車両は、定められた周期で点検・整備を行う必要がある。そのため、できる限り小容量の電池を使用しつつ、車両の点検・整備を行う際に電池の交換もできるようにするのが望ましい。しかしながら、特許文献１のパンタグラフ上昇検知装置においては省電力化について考慮されていないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、システムを構成している機器のうち、電池で駆動する機器の省電力化を実現可能なパンタグラフ状態検知システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムは、列車の複数のパンタグラフそれぞれの可動部に設置され、自身が設置されているパンタグラフの状態を所定のタイミングで検知するセンサ端末と、前記センサ端末におけるパンタグラフの状態検知結果を取得して運転士へ通知する、運転台に設置された運転台端末と、前記センサ端末と前記運転台端末との間で無線信号を中継する中継端末と、を備え、前記センサ端末および中継端末は、直接通信することが可能な周囲のセンサ端末、中継端末または運転台端末である隣接端末と通信する必要がない場合、信号の送受信動作を停止することを特徴とする。

この発明によれば、センサ端末および中継端末の省電力化を実現し、コストを低く抑えたパンタグラフ状態検知システムを実現できる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 図２は、鉄道システムの一例を示す図である。 図３は、センサ端末の構成例を示す図である。 図４は、中継端末の構成例を示す図である。 図５は、運転台端末の構成例を示す図である。 図６は、パンタグラフ状態検知システムの全体動作の一例を示すシーケンス図である。 図７−１は、パンタグラフの状態判定動作の一例を示す図である。 図７−２は、パンタグラフの状態判定動作の一例を示す図である。 図８は、パンタグラフ状態検知システムの全体動作の一例を示すシーケンス図である。 図９は、センサ端末の変形例を示す図である。 図１０−１は、パンタグラフの状態判定動作の一例を示す図である。 図１０−２は、パンタグラフの状態判定動作の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムの実施の形態１の構成例を示す図である。本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムは、列車上に構築されたシステムであり、センサ端末１₁〜１₃、中継端末２₁〜２₄および運転台端末３₁〜３₂を含んで構成されている。なお、以下の説明では、センサ端末１₁〜１₃で共通の事項（構成、動作など）を説明する場合はセンサ端末１と記載し、中継端末２₁〜２₄で共通の事項を説明する場合は中継端末２と記載し、運転台端末３₁〜３₂で共通の事項を説明する場合は運転台端末３と記載する。

図１に示したように、センサ端末１は各パンタグラフに設置されており、所定のタイミングでパンタグラフの状態（パンタグラフが上昇した状態かそれとも下降した状態か）を検知する。中継端末２は車両の所定位置（例えば屋根上）に設置されており、センサ端末１と運転台端末３の無線通信を中継する。運転台端末３は編成内の運転室に設けられており、各センサ端末１におけるパンタグラフの状態検知結果を収集して運転士に通知する。これらのセンサ端末１、中継端末２および運転台端末３はセンサネットワークを形成している。また、センサ端末１および中継端末２は電池を搭載しており、これを電源として使用する。運転台端末３は電池を搭載しておらず、たとえば運転台を介して電力供給を受けて動作する。

なお、図１では、奇数号車（パンタグラフが存在しない車両）に中継端末２を１台ずつ設置するようにしているが、必ずしもこのような構成にする必要はない。例えば、１車両に２台以上の中継端末２を設置しても構わないしパンタグラフが存在している車両に中継端末２を設置しても構わない。隣り合ったセンサ端末１同士が直接通信できるのであれば、センサ端末１の間の中継端末２は削除してもよい。センサ端末１と運転台端末３が直接通信できるのであれば、センサ端末１と運転台端末３の間の中継端末２は削除してもよい。

パンタグラフ状態検知システムは、例えば、図２に示したような、鉄道システム内の車両所（検車区所）や終端駅、留置駅など、パンタグラフの上げ下げを行う場所において、各パンタグラフの状態を検知し、検知結果を運転士などに通知する。通知を受けた運転士等は、各パンタグラフの状態が正しいかどうか、すなわち、パンタグラフを下降状態とさせておくべき場所で上昇状態となっていないかどうか、パンタグラフを上昇状態とさせておくべき場所で下降状態となっていないかどうかを運転室内に居ながら知ることができる。また、パンタグラフの上げ下げを行う場所以外においてもパンタグラフの状態を検知することができ、運転士等は、故障等によりパンタグラフの状態がおかしくなったことを運転室内に居ながら早急に知ることができる。例えば、一部のパンタグラフが下降した状態で架線区間を走行した場合、上昇させた状態のパンタグラフに大電流が流れて焼き付きが発生してしまうおそれがあるが、パンタグラフ状態検知システムは、このような状態を検知して運転士に通知することができ、事故防止に寄与できる。

図３は、センサ端末１の構成例を示す図である。図示したように、センサ端末１は、アンテナ１１、無線通信部１２、信号処理部１３およびセンサ部１４を備える。電源（電池）については記載省略している。アンテナ１１は、無線通信部１２から出力された無線信号を他の端末（センサ端末１、中継端末２または運転台端末３）へ送信するとともに他の端末から送信された無線信号を受信する。無線通信部１２は、信号処理部１３から出力されたベースバンド信号を無線信号に変換するとともにアンテナ１１が受信した無線信号をベースバンド信号に変換する。信号処理部１３は、センサ部１４から入力された情報に基づいて、運転台端末３に向けて送信する信号（パンタグラフの状態を示す信号）を生成する。また、信号処理部１３は、自身宛ではない信号を受信した場合、受信信号を転送するための処理を行う。センサ部１４は、２軸加速度センサを含んでおり、２方向の加速度検出結果に基づいて、自端末（センサ端末１）が設置されているパンタグラフの状態（上昇した状態かそれとも下降した状態か）を検知する。

図４は、中継端末２の構成例を示す図である。図示したように、中継端末２は、アンテナ２１、無線通信部２２および信号処理部２３を備える。電源（電池）については記載省略している。アンテナ２１および無線通信部２２は、上述したセンサ端末１のアンテナ１１および無線通信部１２と同様の動作を行う。信号処理部２３は、自身宛ではない信号を受信した場合、受信信号を転送するための処理を行う。この中継端末２は、センサ端末１からセンサ部１４を削除したものである。

図５は、運転台端末３の構成例を示す図である。図示したように、運転台端末３は、アンテナ３１、無線通信部３２、信号処理部３３および情報出力部３４を備える。アンテナ３１および無線通信部３２は、上述したセンサ端末１のアンテナ１１および無線通信部１２と同様の動作を行う。信号処理部３３は、センサ端末１におけるパンタグラフの状態検知結果を含んだ信号を受信すると、パンタグラフの状態検知結果を情報出力部３４へ出力する。情報出力部３４は、センサ端末１におけるパンタグラフの状態検知結果を信号処理部３３から受け取ると、これを運転室内の所定の機器へ出力する。状態検知結果の出力先とする所定の機器は、例えばＬＣＤ等の表示装置であり、表示装置は各パンタグラフの状態を個別に表示して運転士等に通知する。表示装置に代えて、２色ＬＥＤや３色ＬＥＤなどを利用して各パンタグラフの個々の状態を運転士等に通知するようにしてもよい。パンタグラフの状態が正常ではない場合、例えば、パンタグラフを上昇させておくべき区間で下降状態となっている場合、表示装置やＬＥＤでの通知に加えて、異常検知をアラームや音声で通知するようにしても構わない。この運転台端末３は、センサ端末１のセンサ部１４を検知結果通知部３４に置き換えたものである。

つづいて、本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムの全体動作について、図１および図６を用いて説明する。図６は、図１に示した構成のパンタグラフ状態検知システムの全体動作の一例を示すシーケンス図であり、具体的には、運転台端末３がパンタグラフの状態検知結果をセンサ端末１から収集する動作の一例を示している。なお、図６では、パンタグラフを集電装置と表現している。

本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムの全体動作の概要を説明すると、電池から電力供給を受けて動作するセンサ端末１および中継端末２は、通常は、通信動作を停止させて消費電力を抑えた状態（この状態をスリープ状態と呼ぶ）となっている。スリープ状態では、送信動作を常時停止し、受信動作は、殆ど停止させた状態とするが、スリープ状態を解除するか否かを判定するために一定周期で実行する。すなわち、スリープ状態は、送信動作および受信動作を停止させた第１の状態と、送信動作を停止させた状態で所定時間にわたって受信動作のみを行う第２の状態とを含む。各端末（センサ端末１，中継端末２）は、スリープ状態の場合、他の端末（センサ端末１、中継端末２または運転台端末３）から送信された信号のモニタ（前記第２の状態に相当）を定期的に行い、他の端末から送信された信号を検知しない場合はスリープ状態を継続する。一方、信号を検知した場合には、スリープ状態を解除して非スリープ状態（以下、アクティブ状態と呼ぶ）に遷移し、パンタグラフの状態確認や無線信号の中継処理など、必要な処理を実行する。処理が終了した後は、スリープ状態に戻り、同様の動作を継続する。以下、全体動作について詳しく説明する。

図６に示したように、パンタグラフ状態検知システムにおいて、センサ端末１は、スリープ状態においては、スリープ状態の終了を要求する信号である起動要求などが送信されてきているかどうかを一定周期で確認するとともに、パンタグラフの状態を確認する（ステップＳ１）。起動要求が送信されてきていない場合、パンタグラフの状態確認が終了するとスリープ状態に戻る。パンタグラフの状態確認結果は、次に状態確認を行うまで保持しておく。

なお、センサ端末１は、パンタグラフの状態確認は起動要求が送信されてきた場合にのみ行うようにしてもよい。この場合、パンタグラフ状態確認動作の実行回数が少なくなり、電力の消費を抑えることができる。

中継端末２もセンサ端末１と同様に、スリープ状態においては、スリープ状態の終了を要求する信号である起動要求などが送信されてきているかどうかを一定周期で確認する（ステップＳ２）。起動要求が送信されてきていない場合はスリープ状態を継続する。

運転台端末３は、所定の条件を満たすと、パンタグラフの状態情報収集を開始する（ステップＳ１１）。例えば、パンタグラフの上げ下げ操作を実行する場所（終端駅や留置駅など）に到着したことを検出した場合、運転士がパンタグラフの上げ下げ操作を実行したことを検出した場合、運転士がパンタグラフの状態確認を指示する操作を実行したことを検出した場合などに、情報収集を開始する。定期的に情報収集を行うようにしてもよい。

運転台端末３は、パンタグラフの状態情報収集を開始すると、パンタグラフの状態情報を要求する信号としての起動要求を連続送信する（ステップＳ１２）。ここでいう連続送信は、起動要求信号を短い間隔で繰り返し送信することである。なお、この起動要求は、周囲の端末がスリープ状態からアクティブ状態に遷移したと判断するまで（例えば、周囲の端末から何らかの信号を受信するまで）、送信し続ける（繰り返し送信する）。

スリープ状態の中継端末２は、起動要求などの各種信号が送信されているかどうかを一定周期でモニタしており、上記のステップＳ１２で運転台端末３が繰り返し送信している起動要求を検出（受信）すると、アクティブ状態に遷移する。そして、起動要求の連続送信を開始する（ステップＳ１３）。なお、この起動要求は、周囲の端末（センサ端末１または中継端末２）がスリープ状態からアクティブ状態に遷移したと判断するまで（例えば、周囲の端末から何らかの信号を受信するまで）、または、一定時間が経過するまで、送信し続ける。ただし、一定時間は、周囲の端末におけるモニタ周期、すなわち、周囲の端末が信号をモニタしてアクティブ状態に遷移する必要があるかどうか判定する周期よりも長い時間に設定する。

スリープ状態のセンサ端末１は、起動要求などの各種信号が送信されているかどうかを一定周期でモニタしており、上記のステップＳ１３で中継端末２が繰り返し送信している起動要求を検出すると、アクティブ状態に遷移するとともに、パンタグラフの状態確認を行う。また、起動要求の連続送信を開始するとともに（ステップＳ１４）、パンタグラフ状態の情報（パンタグラフが上昇した状態かそれとも下降した状態かを示す情報）および自身の識別情報を、集電装置状態通知にて運転台端末３宛に送信する（ステップＳ１６）。なお、起動要求の送信は、パンタグラフの状態確認が終了する前に開始してもよい。パンタグラフの状態確認が終了する前に起動要求の送信を開始すると、運転台端末３が全てのセンサ端末１からパンタグラフ状態の情報を収集するまでの所要時間を短縮化することができる。その結果、スリープ状態に戻るまでの時間も短縮化され、更なる省電力化が期待できる。また、起動要求は、周囲の端末（センサ端末１または中継端末２）がスリープ状態からアクティブ状態に遷移したと判断するまで（例えば、周囲の端末から何らかの信号を受信するまで）、または、一定時間が経過するまで、送信し続ける。

集電装置状態通知を受信した中継端末２は、これを運転台端末３へ転送する（ステップＳ１７）。

同様に、ステップＳ１４でセンサ端末１が繰り返し送信している起動要求を受信した中継端末２は、アクティブ状態に遷移し、起動要求の連続送信を開始する（ステップＳ１５）。この起動要求を受信したセンサ端末１は、アクティブ状態に遷移するとともに、パンタグラフの状態確認を行う。また、起動要求の送信を開始するとともに、パンタグラフ状態の情報および自身の識別情報を、集電装置状態通知にて運転台端末３宛に送信する（ステップＳ１８）。この集電装置状態通知を受信した中継端末２は、運転台端末３に向けた転送を行い（ステップＳ１９）、以後、運転台端末３との間に位置しているセンサ端末１および中継端末２が順次転送し、運転台端末３に到達する（ステップＳ２０，Ｓ２１）。

運転台端末３は、システム内の全てのセンサ端末１から集電装置状態通知を受信したと判断すると、全てのセンサ端末１および中継端末２をスリープ状態に遷移させるために、スリープ指示を送信する（ステップＳ２２）。そして、各パンタグラフの状態を運転室内の所定の機器へ出力することにより運転士等に通知する（ステップＳ３０）。上述したように、集電装置状態情報応答には、パンタグラフ状態判定結果および送信元のセンサ端末１の識別情報が含まれている。運転台端末３はシステム内の各センサ端末１がどのパンタグラフに設置されているか予め把握しており（例えばセンサ端末１とパンタグラフの対応テーブルを保持しており）、集電装置状態情報応答を受信すると対応するパンタグラフの状態を把握できる。

一方、中継端末２およびセンサ端末１は、スリープ指示を受信すると、これを転送するとともにＡＣＫを返送する（ステップＳ２３〜Ｓ２９）。そして、転送したスリープ指示に対するＡＣＫを受信するとスリープ状態に遷移する。なお、中継端末２およびセンサ端末１は、スリープ指示を受信しなかった場合や転送したスリープ指示に対するＡＣＫが送信されてこない場合にも、所定時間が経過した時点でスリープ状態に遷移する。また、中継端末２およびセンサ端末１は、アクティブ状態に遷移して所定の処理を行った後、他の端末から信号（集電装置状態通知、スリープ指示、など）を受信することなく所定時間が経過した場合にも、スリープ状態に遷移する。これにより、通信障害が発生するなどしてシーケンスが異常終了した場合にアクティブ状態を継続してしまうのを防止し、消費電力の増加を抑えることができる。

なお、図６のシーケンスでは、起動要求などが送信されてきているかどうかの確認（信号のモニタ）とパンタグラフの状態確認を同期させているが、非同期としてもよい。非同期とした場合、センサ端末１は、所定のタイミングで実行したパンタグラフの状態確認の結果を保持しておき、起動要求を受信すると、パンタグラフの状態確認を行うことなく、その時点で保持しているパンタグラフの状態確認結果（最新の確認結果）を集電装置状態通知にて運転台端末３宛に送信する。このような構成とした場合、センサ端末１が起動要求を受信してから集電装置状態通知を返送するまでの時間を短縮化できるとともに、スリープ状態を解除してからスリープ状態に戻るまでの時間を短縮化して消費電力の増加を抑えることができる。

つづいて、センサ端末１がパンタグラフの状態を判定する動作について説明する。図７−１および図７−２は、パンタグラフの状態判定動作の一例を示す図である。

図示したように、２軸加速度センサ（センサ端末１）は、パンタグラフの下アームなど、パンタグラフを上昇または下降させることによりセンサの角度が変動する位置に取り付けられている。そのため、パンタグラフが上昇した状態における２軸加速度センサの計測結果（Ｘ方向加速度およびＺ方向加速度）とパンタグラフが下降した状態における２軸加速度センサの計測結果は異なる値となる。よって、センサ端末１は、内蔵している２軸加速度センサによるＸ方向加速度およびＺ方向加速度の測定結果のうち、少なくとも一方の測定結果を用いてパンタグラフの状態を検知する。例えば、Ｘ方向加速度があるしきい値よりも大きい場合はパンタグラフが上昇した状態（図７−２）、小さい場合はパンタグラフが下降した状態と判断する（図７−１）。なお、パンタグラフの操作（上昇または下降）に伴い回転する主軸にセンサ端末１を取り付けてもよい。

また、しきい値として、パンタグラフが上昇した状態か否かを判定するための第１のしきい値と、下降した状態か否かを判定するための第２のしきい値とを使用するようにしてもよい。例えば、２軸加速度センサによる計測結果が、パンタグラフが上昇した状態においてより大きくなる構成では、計測結果が第１のしきい値よりも大きい場合にパンタグラフが上昇した状態と判定し、計測結果が第２のしきい値よりも小さい場合にパンタグラフが下降した状態と判定する。ただし、第１のしきい値＞第２のしきい値とする。計測結果が第２のしきい値以上かつ第１のしきい値以下の場合は状態不明とする。状態不明の場合、一定時間が経過してから再度判定するなどしてもよい。

このように、本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムにおいて、センサ端末１および中継端末２は、パンタグラフの状態確認や他の端末との通信が必要ない場合、スリープ状態に遷移することとした。これにより、電池で駆動するセンサ端末１および中継端末２の省電力化を実現できる。その結果、容量の小さい電池を採用可能となり、コストを低く抑えたパンタグラフ状態検知システムを実現できる。

なお、本実施の形態では、運転台端末３からの要求に応じて、センサ端末１がパンタグラフの状態確認結果（最新の確認結果）を集電装置状態通知にて送信することとしたが（図６参照）、図８に示したシーケンスとしてもよい。図８に示したシーケンスでは、センサ端末１がパンタグラフの状態を確認するごとに、確認結果を集電装置状態通知にて送信する。このとき、スリープ中の他の端末がアクティブ状態となるまで、集電装置状態通知を連続送信する。スリープ状態の中継端末２およびセンサ端末１は、定期的に行っている信号モニタ（信号受信確認）において集電装置状態通知を受信すると、ＡＣＫを返送するとともに集電装置状態通知を転送する。集電装置状態通知を送信（転送を含む）した各端末は、送信先からＡＣＫを受信するとスリープ状態に遷移する。運転台端末３は、集電装置状態通知を受信するごとに、パンタグラフの状態を運転室内の所定の機器へ出力することにより運転士等に通知する。このように、センサ端末１主導で集電装置状態通知を送信する場合にも、センサ端末１および中継端末２は適宜スリープ状態に遷移して省電力化を実現できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、１個の２軸加速度センサでパンタグラフの状態を判別することとしたが、走行中には列車の加速時や減速時に進行方向（水平方向）の加速度成分が変動する。加えて、走行中には車体が上下方向に振動し、垂直方向の加速度成分も変動するため、状態の判別精度が低下してしまう。本実施の形態では、実施の形態１よりも高精度に状態を判別する方法について説明する。なお、システム構成および各端末の構成は実施の形態１と同様とする（図１，図３など参照）。

パンタグラフの状態判別精度を向上させるため、本実施の形態のセンサ端末１は、図９に示したように、２個の２軸加速度センサ（センサＡおよびＢ）を含み、センサ部１４は、これらのセンサＡおよびＢによる測定結果に基づいて状態判別を行う。

図１０−１および図１０−２は、パンタグラフの状態判定動作の一例を示す図である。図示したように、２軸加速度センサＡおよびＢは、設置角度をずらした状態でパンタグラフの可動部に設置されている。図１０−２に示した設置角Ｓは２軸加速度センサＡとＢの設置角度の差である。

図１０−１のように、２軸加速度センサＡで得られるＺ方向加速度をａ₁、Ｘ方向加速度をａ₂、パンタグラフの下アームの角度（パンタ角）をα、加速度成分ベクトル角をβとすると、次式（１）が成り立つ。
ａ₁＝√（（１＋ｚ）＾２＋ｙ＾２）ｃｏｓ（α＋β）
ａ₂＝√（（１＋ｚ）＾２＋ｙ＾２）ｓｉｎ（α＋β） …（１）

また、図１０−２のように、２軸加速度センサＢで得られるＺ方向加速度をａ₃、Ｘ方向加速度をａ₄とすると、次式（２）が成り立つ。
ａ₃＝√（（１＋ｚ）＾２＋ｙ＾２）ｃｏｓ（α＋β＋Ｓ）
ａ₄＝√（（１＋ｚ）＾２＋ｙ＾２）ｓｉｎ（α＋β＋Ｓ） …（２）

上記の式（１）および（２）からｙ，ｚを削除すると、次式（３）となる。
ｔａｎ（α＋β）＝ａ₂／ａ₁
ｔａｎ（α＋β＋Ｓ）＝ａ₄／ａ₃ …（３）

この式（３）からβを削除すると、以下の式（４）となる。
（ｔａｎＳ＋ａ₃／ａ₄）ｔａｎα＾２＋
（（ａ₁／ａ₂）ｔａｎＳ＋ａ₁ａ₃／ａ₂ａ₄）ｔａｎα＋
（ａ₁ａ₃／ａ₂ａ₄）ｔａｎＳ＋ａ₃／ａ₄＋ｔａｎＳ＝０ …（４）

角度Ｓは２軸加速度センサＡとＢの設置角の差であり固定値（既知の値）であるため、本実施の形態のセンサ端末１は、２軸加速度センサＡおよびＢのそれぞれで測定したセンサ値ａ₁〜ａ₄と式（４）を用いて、パンタグラフの状態を示す角度αを求めることができる。

なお、２個の２軸加速度センサを備えているセンサ端末１を用いてパンタグラフの状態判別を行うこととしたが、１個の２軸加速度センサを備えたセンサ端末１をパンタグラフに２台設置してもよい。この場合、設置角度が異なる２台センサ端末１が同じタイミングで加速度を測定し、測定結果（上記のａ₁〜ａ₄に相当）を一方のセンサ端末１に集約してこのセンサ端末１が上記の角度αを求めるようにすればよい。または、２台のセンサ端末１が測定結果を運転台端末３へ送信し、運転台端末３で上記の角度αを算出してパンタグラフの状態を判別するようにしてもよい。

センサ端末１によるパンタグラフの状態判定結果は実施の形態１と同様の手順で運転台端末３に通知される。

このように、本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムにおいて、センサ端末１は、設置角度が互いに異なる２個の２軸加速度センサで測定した加速度に基づいてパンタグラフの状態を判定することとした。これにより、列車が走行している状態においてもパンタグラフの状態を高精度に判定することができる。

以上のように、本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムは、集電装置としてパンタグラフを採用している鉄道システムに有用であり、特に、電池で駆動する端末を含んで構成されているパンタグラフ状態検知システムに適している。

１₁〜１₃ センサ端末、２₁〜２₄ 中継端末、３₁，３₂ 運転台端末、１１，２１，３１ アンテナ、１２，２２，３２ 無線通信部、１３，２３，３３ 信号処理部、１４ センサ部、３４ 情報出力部。

Claims (5)

1. 列車の複数のパンタグラフそれぞれの可動部に設置され、自身が設置されているパンタグラフの状態を所定のタイミングで検知するセンサ端末と、
   前記センサ端末におけるパンタグラフの状態検知結果を取得して運転士へ通知する、運転台に設置された運転台端末と、
   前記センサ端末と前記運転台端末との間で無線信号を中継する中継端末と、
   を備え、
   前記センサ端末および中継端末は、直接通信することが可能な周囲のセンサ端末、中継端末または運転台端末である隣接端末と通信する必要がない場合、信号の送受信動作を停止することを特徴とするパンタグラフ状態検知システム。
2. 前記センサ端末および前記中継端末は、信号の送受信動作を停止してから所定時間が経過すると、受信動作を実行し、前記隣接端末と通信する必要があるか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載のパンタグラフ状態検知システム。
3. 前記センサ端末は、信号の送受信動作を停止してから所定時間が経過した時点で実行する受信動作においてパンタグラフ状態の情報を要求する信号を受信した場合、パンタグラフの状態を検知するとともにパンタグラフの状態検知結果を前記運転台端末に向けて送信することを特徴とする請求項２に記載のパンタグラフ状態検知システム。
4. 前記センサ端末は、パンタグラフの可動部に設置された加速度センサにおける測定値に基づいて、当該パンタグラフの状態を検知することを特徴とする請求項１、２または３に記載のパンタグラフ状態検知システム。
5. 前記センサ端末は、互いに異なる角度でパンタグラフの同一可動部に設置された２つの加速度センサにおける測定値に基づいて、当該パンタグラフの状態検知を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のパンタグラフ状態検知システム。

Images