JP2016127742A - パンタグラフ異常検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】パンタグラフの異常を容易に検知する。【解決手段】パンタグラフ異常検知システム１は、受光装置３と、判定部４とを備える。受光装置３は、パンタグラフ２の集電舟２１における特定部分５が受光範囲３１に含まれるように設けられる。判定部４は、受光装置３の出力が入力される。特定部分５は、集電舟２１に異常が生じたときに高温状態となる部分である。受光装置３は、特定部分５が高温状態となったときに生じる化学的又は物理的な現象に伴って出射される特定波長域の光に対して高い分光感度を有する。判定部４は、受光装置３が受光した特定波長域の光の強度が所定の閾値以上であるとき、パンタグラフ２に異常が発生したと判定する。これにより、光が出射されるほどに特定部分５が高温状態となるようなパンタグラフ２の異常が検知される。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道におけるパンタグラフの異常を検知するためのパンタグラフ異常検知システムに関する。

電化区間を走行する鉄道車両には、パンタグラフが搭載される（非特許文献１参照）。パンタグラフがトロリ線（架空電車線）から電流を集電することによって鉄道車両に電力が供給される。図８に示されるように、パンタグラフ２は、集電舟２１、枠組２２及び台枠２３等を有する。集電舟２１は、枠組２２によって上下方向に変位自在に支持される。枠組２２は、台枠２３上に設けられる。台枠２３は、碍子２４によって鉄道車両の屋根上に固定される。集電舟２１は、舟体２１１及びすり板２１２等を有する。すり板２１２は、トロリ線６に摺動接触する板状の部材であり、導電性を有し、ある程度の耐摩耗性を有し、トロリ線６との摩耗によって厚さが減少する。舟体２１１は、上部にすり板２１２が取り付けられる部材であり、導電性を有し、耐摩耗性を有しない。

鉄道車両の走行時、パンタグラフ２は、トロリ線６と摺動接触し、大きな集電電流が流れる。パンタグラフ２は、トロリ線６との接触が妨げられると、摺動部分に火花が発生する。火花のエネルギーが大きいと、パンタグラフ２のすり板２１２が火花によって損傷（溶損）し、場合によっては、すり板２１２以外の部分にも損傷が拡大するおそれがある。本願出願人における事例によれば、冬季における特定の気象条件の下で、特定区間の始発列車及びその周辺の列車で、すり板２１２の損傷が発生し易い傾向がある。本願出願人の調査によれば、このようなすり板２１２の損傷は、トロリ線６の表面に霜や氷雪が付着して、すり板２１２との接触が妨げられることが原因である。もし、すり板２１２の損傷が拡大してパンタグラフ２が破損すると、列車の運転に支障が生じる。さらに、破損したパンタグラフ２が、トロリ線６等の電車線路を破損した場合、電車線路の復旧が必要となり、運転再開に時間が掛かる。このため、霜等の発生が予想される場合、車両編成における集電用のパンタグラフ２よりも前の位置に集電に供しないパンタグラフを上げてトロリ線６に付着した霜等の除去を行う対策や、徐行運転をして集電電流を抑制する対策が実施されている。しかしながら、霜等の発生を確実に予想することは困難であるので、霜等によるすり板２１２の損傷を防ぐことは容易ではない。

トロリ線６に霜等が付着し、パンタグラフ２のすり板２１２が火花によって損傷すると、すり板２１２の厚さは、通常の摩耗の進み方を超えて、急速に減少する。また、トロリ線６に付着した霜や氷雪以外にも、電車線路の故障等によって、すり板２１２の厚さが急速に減少する可能性がある。すり板２１２の厚さがある限度を超えて減少すると、すり板２１２の損傷によってパンタグラフ２の破損に至る。したがって、すり板２１２の厚さが限度を超えて減少したことを検知することによって、パンタグラフ２の異常を検知することが可能になる。

すり板２１２の摩耗の程度を検知する装置として、無線ＩＣタグを利用した検知装置が提案されている（特許文献１参照）。この検知装置は、すり板２１２に無線ＩＣタグを設け、すり板２１２が摩耗して無線ＩＣタグが外れ、無線ＩＣタグからの電波が受信不能になったことにより、すり板２１２の摩耗の程度を検知する。しかしながら、パンタグラフ２は、正常な集電時においても、トロリ線６からの瞬間的な離線によってある程度の大きさの火花が発生するので、このような検知装置は、正常レベルの火花による無線ＩＣタグの故障や、火花による電磁ノイズによって誤検知が発生するおそれがある。このため、この検知装置を利用してパンタグラフ２の異常を検知することは容易ではない。

集電中のパンタグラフ２は、トロリ線６との接触が妨げられると、集電電流によって放電が発生する。パンタグラフ２とトロリ線６との間で発生する放電の輝度及び拡がりを地上から撮像してパンタグラフ２の異常を検知しようとする装置が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、放電の輝度及び拡がりについて、正常時と異常時の違いを予め定量的に求める必要があるので、放電の輝度及び拡がりに基づいてパンタグラフ２の異常を検知することは容易ではない。

特開２００７−３００７４５号公報 特開平８−２７５３０１号公報

ＪＩＳ Ｅ ６３０２：２００４「鉄道車両用パンタグラフ」

本発明は、上記問題を解決するものであり、パンタグラフの異常を容易に検知することを目的とする。

本発明のパンタグラフ異常検知システムは、パンタグラフの異常を検知するためのものであって、パンタグラフの集電舟における特定部分が受光範囲に含まれるように設けられた受光装置と、前記受光装置の出力が入力される判定部とを備え、前記特定部分は、集電舟に異常が生じたときに高温状態となる部分であり、前記受光装置は、前記特定部分が高温状態となったときに生じる化学的又は物理的な現象に伴って出射される特定波長域の光に対して高い分光感度を有し、前記判定部は、前記受光装置が受光した特定波長域の光の強度が所定の閾値以上であるとき、パンタグラフに異常が生じたと判定することを特徴とする。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、前記特定部分は、集電舟に異常が生じたときにトロリ線と接触する部分であることが好ましい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、前記特定部分は、集電舟の舟体であることが好ましい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、前記特定部分は、前記特定部分は、前記舟体におけるすり板の下に位置する部分であることが好ましい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、集電舟に設けられた被検出体をさらに備え、前記特定部分は、前記被検出体であってもよい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、前記被検出体は、パンタグラフのすり板の摩耗が所定の限度値を超えて進捗したときにトロリ線に接触する部分に設けられることが好ましい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、前記被検出体の上端は、集電舟の舟体におけるすり板の下に位置する部分の上面よりも上方に位置することが好ましい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、前記受光装置は、前記特定部分が高温状態となったときにその特定部分自体が引き起こす化学反応、その特定部分と大気との化学反応、及びその特定部分とトロリ線に含まれる物質との化学反応の少なくともいずれかの化学反応に伴って出射される特定波長域の光に対して高い分光感度を有することが好ましい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、前記すり板が、炭素を含有する場合、前記受光装置が高い分光感度を有する波長域は、炭素が高温状態となったときに化学反応によって出射される光の波長を含まないように設定されることが好ましい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、前記受光装置は、前記特定部分に含有されてトロリ線及びパンタグラフのすり板に含有されていない特定物質の放電によって出射される特定波長域の光に対して、高い分光感度を有してもよい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、前記トロリ線が、銅を含有し、アルミニウムを含有せず、前記すり板が、鉄を含有し、アルミニウムを含有しない場合、前記特定物質は、アルミニウムとされ、前記受光装置が高い分光感度を有する波長域は、アルミニウムの固有スペクトル線の波長を含み、銅及び鉄の固有スペクトル線の波長を含まないように設定されることが好ましい。

このパンタグラフ異常検知システムにおいて、列車の乗務員に異常を報知するための報知部をさらに備え、前記報知部は、パンタグラフに異常が生じたと前記判定部が判定したとき、報知動作を行うことが好ましい。

本発明のパンタグラフ異常検知システムによれば、パンタグラフの集電舟における特定部分が高温状態となったときに出射される特定波長域の光を検出するので、光が出射されるほどに特定部分が高温状態となるようなパンタグラフの異常を容易に検知することができる。

本発明の第１及び第３の実施形態におけるパンタグラフ異常検知システムの受光装置の配置を示す側面図。 同パンタグラフ異常検知システムのブロック構成図。 同パンタグラフ異常検知システムにおける受光範囲の例を示す図。 本発明の第１及び第３の実施形態の変形例に係るパンタグラフ異常検知システムのブロック構成図。 本発明の第２及び第４の実施形態におけるパンタグラフ異常検知システムのブロック構成図。 同パンタグラフ異常検知システムにおける被検出体が設けられた集電舟の正面図。 本発明の第２及び第４の実施形態の変形例に係るパンタグラフ異常検知システムのブロック構成図。 パンタグラフの主な構成を示す側面図。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るパンタグラフ異常検知システムを図１乃至図３を参照して説明する。図１に示されるように、パンタグラフ異常検知システム１は、パンタグラフ２の異常を検知するためのシステムである。図２に示されるように、パンタグラフ異常検知システム１は、受光装置３と、判定部４とを備える。図３に示されるように、受光装置３は、パンタグラフ２の集電舟２１における特定部分５が受光範囲３１に含まれるように設けられる。判定部４は、受光装置３の出力が入力される（図１参照）。特定部分５は、集電舟２１に異常が生じたときに高温状態となる部分である。受光装置３は、特定部分５が高温状態となったときに生じる化学的又は物理的な現象に伴って出射される特定波長域の光に対して高い分光感度を有する。判定部４は、受光装置３が受光した特定波長域の光の強度が所定の閾値以上であるとき、パンタグラフ２に異常が発生したと判定する。

パンタグラフ異常検知システム１は、受光装置３及び判定部４以外に報知部７を備える。報知部７は、パンタグラフ２に異常が発生したと判定部４が判定したとき、報知動作を行う。

パンタグラフ異常検知システム１における各構成をさらに詳述する。

本実施形態では、特定部分５は、集電舟２１に異常が生じたときにトロリ線６と接触する部分であり、集電舟２１の舟体２１１である（図３参照）。パンタグラフ２は、正常時には、すり板２１２がトロリ線６と接触する。

本実施形態では、特に、特定部分５は、舟体２１１におけるすり板２１２の下に位置する部分としている（図３において斜線を付した部分）。この部分は、すり板２１２が正常であれば、集電舟２１の上部に露出しない。

受光装置３は、所定の受光範囲３１を有する。受光範囲３１には、特定部分５が含まれる。受光装置３は、パンタグラフ２が搭載される車両に設けられる（図１参照）。受光範囲３１における特定部分５は、受光装置３からの視界に入る箇所、すなわち、集電舟２１の前面又は背面に位置する。なお、特定部分５を受光装置３からの視界に入る舟体２１１全部としてもよい（図３参照）。

集電舟２１は、トロリ線６の高さに応じて上下方向に変位するので、受光範囲３１は、集電舟２１が上下方向に変位しても特定部分５が含まれるように設定される。

受光装置３は、干渉フィルタ３２と、受光素子３３と、それらを収容する筐体とを有する（図１参照）。受光範囲３１の光が干渉フィルタ３２に入射する。

干渉フィルタ３２は、特定波長域に光に対して、他の波長域よりも十分に高い透過特性を有し、入射した光のうち特定波長域の光を選択的に受光素子３３に伝搬する。

受光素子３３は、光の強度を電気信号に変換する素子であり、干渉フィルタ３２が伝搬した特定波長域の光の強度を電気信号に変換する。受光素子３３が判定部４に出力する電気信号は、例えば電圧である。

なお、図４に示されるように、受光装置３の受光素子３３に、特定波長域において高い分光感度を有するものを用い、干渉フィルタを省略しても構わない。受光装置３は、入射した光のうち特定波長域の光を選択的に検出する。

ところで、物体が高温状態にあるときに特定波長域の光が出射されるごく一般的な事例として、物質の燃焼現象がある。物質が燃焼（酸素との化学反応）する際に出射される光（火炎）の中には、多様なスペクトルが含まれる。例えば、ディーゼル燃焼という極めて難解な化学反応によって排ガス中にＮＯｘ（窒素酸化物）が生成される過程では、中間生成物として存在するＣＮ（シアン、致死性の猛毒ガス）から出射されると推定されるＣＮスペクトルが火炎中に含まれる。つまり、高温状態の下にある物体は、他の物質と結合して通常は全く予想もしない中間生成物を作り上げ、その過程で特殊なスペクトルを出射する場合がある。本願発明はこのような事象があることを踏まえ提案されたものであり、発明の本質は、特定部分５が高温状態となったとき、特定部分５が単独で又は周辺にある物質と反応して生ずる物理的又は化学的現象に伴って出射される多様なスペクトルに注目し、それらスペクトルの中で自然光又は周辺の物体から出射される光とは峻別しやすい波長域のスペクトルを捉えることにより、パンタグラフ２の異常を検知することにある。

本実施形態では、受光装置３は、特定部分５が高温状態となったときにその特定部分５自体が引き起こす化学反応、その特定部分５と大気との化学反応、及びその特定部分５とトロリ線６に含まれる物質との化学反応の少なくともいずれかの化学反応に伴って出射される特定波長域の光に対して高い分光感度を有する（図１参照）。

主要なすり板の材料の一つに炭素（Ｃ）があり、パンタグラフ２には、カーボンすり板を有するものがある。炭素は、高温等の特定の環境の下では、一部の中間生成物や最終生成物を生成する過程で、特定波長のスペクトルを出射する。従って、炭素が化学反応を起こす過程で出射されるこのようないわゆる妨害スペクトルにも留意する必要がある。

このため、すり板２１２が、炭素を含有する場合、受光装置３が高い分光感度を有する波長域は、炭素が高温状態となったときに化学反応によって出射される光の波長を含まないように設定される。

判定部４は、設定部４１と比較器４２とを有する（図２参照）。設定部４１は、閾値を設定するための回路であり、閾値に対応する電圧を発生する。この閾値は、パンタグラフ２の異常を検知するとともにノイズ等による誤検知を防ぐ値に設定される。比較器４２は、２つの入力電圧の値を比較し、その比較の結果によって異なる値を出力する回路である。この比較器４２は、受光装置３の受光素子３３が出力した電圧と、設定部４１が出力する電圧とを比較し、比較の結果を電圧として報知部７に出力する。なお、判定部４は、このような回路に限定されず、例えば、マイクロコントローラ等を用いて構成してもよい。

報知部７は、光や音等によって警報を報知する装置であり、例えば、ランプやブザーであり、鉄道車両の運転台に設けられる。

上記のように構成されたパンタグラフ異常検知システム１の動作について説明する。パンタグラフ２が離線して集電舟２１とトロリ線６との間の接触が妨げられると、集電舟２１とトロリ線６との間に火花Ｓが発生する（図１参照）。この火花Ｓが継続すると、すり板２１２の厚さが急速に減少する。すり板２１２が破損し、舟体２１１が集電舟２１の上部に露出すると、集電舟２１とトロリ線６との間の火花Ｓは、舟体２１１とトロリ線６との間に発生する。この火花Ｓによって特定部分５である舟体２１１が燃焼すると、燃焼に伴って特定波長域の光が出射される。受光装置３が検出した特定波長域の光の強度は、所定の閾値以上となり、判定部４は、パンタグラフ２に異常が発生したと判定する。

すなわち、第１の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１は、パンタグラフ２の異常として、舟体２１１が集電舟２１の上部に露出した状態を検知する。このような異常は、パンタグラフ２の破損である。したがって、本実施形態のパンタグラフ異常検知システム１は、パンタグラフ破損検知システムとも呼ばれる。

パンタグラフ２に異常が発生したと判定部４が判定すると、報知部７は、報知動作を行う。報知動作は、光や音の発生である。

列車の運転士（乗務員）は、報知部７による報知動作を認識すると、ブレーキを掛けて列車を停止し、指令所の指令員に連絡する。連絡を受けた指令員は、運転士、車両保守部門、電車線路保守部門にパンタグラフ破損時の処置を指令する。なお、パンタグラフ破損時の処置は、異常が発生したパンタグラフ２の点検、そのパンタグラフ２の降下、他の正常なパンタグラフを用いた運転再開、電車線路の点検等であり、異常が発生したパンタグラフ２の状態等によって異なる。

以上、第１の実施形態に係るパンタグラフ異常検知システム１によれば、パンタグラフ２の集電舟２１における特定部分５が高温状態となったときに出射される特定波長域の光を検出するので、光が出射されるほどに特定部分５が高温状態となるようなパンタグラフ２の異常を容易に検知することができる。

特定部分５を、集電舟２１に異常が生じたときにトロリ線６と接触する部分とすることにより、集電舟２１に異常が生じたとき、特定部分５とトロリ線６との間に火花が発生して特定部分５が高温状態となるので、パンタグラフ２の異常が検知される。

特定部分５を、集電舟２１の舟体２１１とすることにより、舟体２１１がトロリ線６と接触してトロリ線６との間に火花が発生するようなパンタグラフ２の異常を検知することができる。

特定部分５を集電舟２１の舟体２１１におけるすり板２１２の下に位置する部分とすることにより、すり板２１２の厚さが異常に減少して、舟体２１１が集電舟２１の上部に露出するようなパンタグラフ２の破損を検知することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るパンタグラフ異常検知システム１０を図５及び図６を参照して説明する。図５に示されるように、本実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０は、第１の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１と同様の構成を有し、集電舟２１に設けられた被検出体８をさらに備える。第２の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０において、第１の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１と同等の箇所には同じ符号を付している。以下の説明において、第１の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１と同等の箇所の詳細な説明は省略する。図６に示されるように、特定部分５は、被検出体８である。

被検出体８を構成する材料は、舟体２１１と同じである必要はなく、高温状態となったときに出射される光が、自然光又は周辺の物体から出射される光とは峻別が容易になるように、適宜に選択される。すなわち、第２の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０において、被検出体８は、材料選択の自由度が極めて高い。

本実施形態では、被検出体８は、パンタグラフ２のすり板２１２の摩耗が所定の限度値を超えて進捗したときにトロリ線６に接触する部分に設けられる。

本実施形態では、特に、被検出体８の上端８１は、集電舟２１の舟体２１１におけるすり板２１２の下に位置する部分の上面２１１ａよりも上方に位置する。

なお、図７に示されるように、受光装置３の受光素子３３に、特定波長域において高い分光感度を有するものを用い、干渉フィルタを省略しても構わない。受光装置３は、入射した光のうち特定波長域の光を選択的に検出する。

上記のように構成されたパンタグラフ異常検知システム１０の動作について説明する。パンタグラフ２が離線して集電舟２１とトロリ線６との間の接触が妨げられると、集電舟２１とトロリ線６との間に火花が発生する。この火花が継続すると、すり板２１２の厚さが急速に減少する。すり板２１２の厚さが減少して被検出体８がすり板２１２の上面と同じ高さになると、被検出体８とトロリ線６との間に火花が発生する。この火花によって特定部分５である被検出体８が燃焼すると、燃焼に伴う特定波長域の光が出射される。受光装置３が検出した特定波長域の光の強度は、所定の閾値以上となり、判定部４は、パンタグラフ２に異常が発生したと判定する。すなわち、第２の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０は、パンタグラフ２の異常として、すり板２１２の厚さが減少して被検出体８がすり板２１２の上面と同じ高さになった状態を検知する。

以上、第２の実施形態に係るパンタグラフ異常検知システム１０によれば、パンタグラフ２の集電舟２１の被検出体８（特定部分５）の燃焼に伴って出射される特定波長域の光の強度が検出されるので、集電舟２１に設けられた被検出体８が燃焼するようなパンタグラフ２の異常を容易に検知することができる。

被検出体８を、パンタグラフ２のすり板２１２の摩耗が所定の限度値を超えて進捗したときにトロリ線６に接触する部分に設けることにより、すり板２１２の厚さが限度値まで減少したことを検知することができる。

被検出体８の上端８１が集電舟２１の舟体２１１におけるすり板２１２の下に位置する部分の上面２１１ａよりも上方に位置することにより、舟体２１１が集電舟２１の上部に露出するようなパンタグラフ２の破損状態に至るよりも前の時点で、パンタグラフ２の異常を検知することができる。

このような異常の検知によって、そのまま集電を継続するとパンタグラフ２が破損に至ることが予知できるので、パンタグラフ２の破損を未然に防ぐことができる。このため、第２の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０は、パンタグラフ破損予知システムとも呼ばれる。

パンタグラフにカーボンすり板を用いると、金属すり板を用いるよりもトロリ線摩耗の進捗が遅くなり、トロリ線の寿命が大幅に延伸する。また、カーボンすり板によってトロリ線の摺面が平滑化されるので、すり板摩耗の進捗も遅くなる。さらに、カーボンすり板によってトロリ線の摺面が平滑化されると、トロリ線の摺面に霜が付着し難くなる。しかし、カーボンすり板は、金属すり板と比べると、火花に弱く、破損し易い。また、金属すり板からカーボンすり板に変更した直後は、トロリ線の摺面が荒れているので、トロリ線の摺面が平滑化されるまでの過渡的な期間、パンタグラフは、離線による火花が発生し易く、すり板摩耗の進捗が速い。このような過渡的な期間においてカーボンすり板の破損が懸念されるため、カーボンすり板の導入は容易ではない。第２の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０を用いると、パンタグラフの破損が予知できるので、カーボンすり板導入に伴うパンタグラフの破損が防止され、カーボンすり板の導入が容易になる。パンタグラフ異常検知システム１０によってカーボンすり板の導入が促進され、トロリ線の張替コストやすり板の交換コストが低減されるとともに、トロリ線への霜の付着によるパンタグラフの損傷が防止される。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るパンタグラフ異常検知システム１を図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態のパンタグラフ異常検知システム１は、第１の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１と同様の構成を有する。第３の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１において、第１の実施形態と同等の箇所には同じ符号を付している。以下の説明において、第１の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１と同等の箇所の詳細な説明は省略する。

本実施形態では、受光装置３は、特定部分５に含有されてトロリ線６及びパンタグラフ２のすり板２１２に含有されていない特定物質の放電によって出射される特定波長域の光に対して、高い分光感度を有する。

受光装置３の干渉フィルタ３２は、特定物質の固有スペクトル線の光を選択的に受光素子３３に伝搬する。すなわち、特定物質の固有スペクトル線の光は、特定物質の放電によって出射される特定波長域の光である。

特定物質の固有スペクトル線を検出することにより、特定物質の存在が検出される。なお、特定物質の複数の固有スペクトル線の全部を検出する必要はなく、代表的な固有スペクトル線を検出すればよい。

例えば、トロリ線６が、銅を含有し、アルミニウムを含有せず、すり板２１２が、鉄を含有し、アルミニウムを含有しない場合、特定物質は、アルミニウムとされる。受光装置３が高い分光感度を有する波長域は、アルミニウムの固有スペクトル線の波長を含み、銅及び鉄の固有スペクトル線の波長を含まないように設定される。

トロリ線６及びすり板２１２に含有される銅及び鉄以外の物質については、その固有スペクトル線の波長が含まれないように受光装置３が高い分光感度を有する波長域を設定するか、そのような微量な物質の固有スペクトル線の光の強度よりも判定部４における閾値を高く設定するかは、設計事項である。

固有スペクトル線について説明する。物質が放電によってプラズマ化されると、物質中の原子における電子が高いエネルギー状態に励起される。励起された電子は、光を放出して低いエネルギー状態に戻る。このため、放電によって発光が生じる。この発光を分光すると、波長に関して離散的な輝線の集合となる。このような輝線は、物質に固有の波長を有するので、固有スペクトル線と呼ばれる。固有スペクトル線の波長は、例えば、アルミニウムでは３９４．４ｎｍ、銅では２２４．２ｎｍ（例えば、特開平８−５００９７号公報参照）、鉄では２７１．４ｎｍである。

一般的に、パンタグラフ２は、集電舟２１の質量が小さい程トロリ線６に追従し易く、集電性能が良い。このため、高速鉄道（例えば、全国新幹線鉄道整備法第二条に規定される新幹線鉄道）の車両に搭載されるパンタグラフ２は、集電舟の軽量化を図るため、アルミニウム合金製の舟体２１１を有する。そのアルミニウム合金は、成分の大部分がアルミニウムであり、銅及び鉄を含有しない。新幹線鉄道では、鉄系焼結合金製のすり板２１２が用いられ、その成分の大部分が鉄であり、アルミニウムを含有しない。トロリ線６は、銅合金製であり、成分の大部分が銅であり、アルミニウムを含有しない。なお、高速走行に対応するトロリ線として、鋼芯をアルミニウムで覆った複合トロリ線が架設されたことがあるが（例えば、特開平８−１３２９３２号公報参照）、現在では、アルミニウムを有する複合トロリ線は架設されていない。

なお、舟体２１１がマグネシウムを含有する場合、トロリ線６及びすり板２１２はマグネシウムを含有しないことから、特定物質をマグネシウムとしてもよい。

上記のように構成されたパンタグラフ異常検知システム１の動作について説明する。パンタグラフ２の集電中に集電舟２１がトロリ線６から離線すると、集電舟２１とトロリ線６との間に放電が発生する（図１参照）。パンタグラフ２が正常であれば、集電電流は、トロリ線６と集電舟２１のすり板２１２との間を流れるので（図３参照）、放電の光には、トロリ線６とすり板２１２に含有される物質（主に銅及び鉄）の固有スペクトル線が含まれ、特定物質（アルミニウム）の固有スペクトル線は含まれない。

トロリ線６に霜等が付着して、集電舟２１とトロリ線６との間の放電が継続すると、すり板２１２の厚さが急速に減少する。すり板２１２が破損し、舟体２１１が集電舟２１の上部に露出すると、集電舟２１とトロリ線６との間の放電は、舟体２１１とトロリ線６との間に発生する。このとき、放電の光には、特定部分５（舟体２１１）に含有される特定物質（アルミニウム）の固有スペクトル線が含まれる。受光装置３が検出した特定波長域の光の強度は、所定の閾値以上となり、判定部４は、パンタグラフ２に異常が発生したと判定する。すなわち、第３の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１は、パンタグラフ２の異常として、舟体２１１が集電舟２１の上部に露出した状態を検知する。このような異常は、パンタグラフ２の破損である。第３の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１は、第１の実施形態と同様、パンタグラフ破損検知システムとも呼ばれる。

以上、第３の実施形態に係るパンタグラフ異常検知システム１によれば、特定部分５に含有されている特定物質の放電によって出射される特定波長域の光の強度を検出するので、特定部分５が放電するようなパンタグラフ２の異常を容易に検知することができる。また、この特定物質は、トロリ線６及びパンタグラフ２のすり板２１２に含有されていないので、トロリ線６とすり板２１２との間で放電が発生しても、パンタグラフ異常検知システム１は、パンタグラフ２に異常が発生したと判定せず、誤検知を防ぐことができる。

特定物質をアルミニウムとし、受光装置３が高い分光感度を有する波長域にアルミニウムの固有スペクトル線の波長を含むことによって、パンタグラフ異常検知システム１は、アルミニウムを含有する特定部分５が放電するようなパンタグラフ２の異常を検知することができる。また、受光装置３が高い分光感度を有する波長域は、銅及び鉄の固有スペクトル線の波長を含まないので、トロリ線６とすり板２１２との間でアーク放電が発生しても、パンタグラフ異常検知システム１は、パンタグラフ２に異常が発生したと判定せず、誤検知を防ぐことができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るパンタグラフ異常検知システム１０を図５及び図６を参照して説明する。図５に示されるように、本実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０は、第２の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０と同様の構成を有する。第４の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０において、第２の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０と同等の箇所には同じ符号を付している。以下の説明において、第２の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０と同等の箇所の詳細な説明は省略する。

図６に示されるように、特定部分５は、被検出体８である。被検出体８は、例えば、アルミニウム製の板を成形したものである。

本実施形態では、被検出体８は、パンタグラフ２のすり板２１２の摩耗が所定の限度値を超えて進捗したときにトロリ線６に接触する部分に設けられる。

本実施形態では、特に、被検出体８の上端８１は、集電舟２１の舟体２１１におけるすり板２１２の下に位置する部分の上面２１１ａよりも上方に位置する。

上記のように構成されたパンタグラフ異常検知システム１０の動作について説明する。パンタグラフ２の集電中に集電舟２１がトロリ線６から離線すると、集電舟２１とトロリ線６との間に放電が発生する。トロリ線６に霜等が付着して、集電舟２１とトロリ線６との間の放電が継続すると、すり板２１２の厚さが急速に減少する。すり板２１２の厚さが減少して被検出体８がすり板２１２の上面と同じ高さになると、被検出体８とトロリ線６との間に放電が発生する。このとき、放電の光には、特定部分５（被検出体８）に含有される特定物質（アルミニウム）の固有スペクトル線が含まれる。受光装置３が検出した特定波長域の光の強度は、所定の閾値以上となり、判定部４は、パンタグラフ２に異常が発生したと判定する。すなわち、第４の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０は、パンタグラフ２の異常として、すり板２１２の厚さが減少して被検出体８がすり板２１２の上面と同じ高さになった状態を検知する。

以上、第４の実施形態に係るパンタグラフ異常検知システム１０によれば、パンタグラフ２の集電舟２１の被検出体８（特定部分５）の放電に伴って出射される特定波長域の光の強度が検出されるので、集電舟２１に設けられた被検出体８が放電するようなパンタグラフ２の異常を容易に検知することができる。

被検出体８を、パンタグラフ２のすり板２１２の摩耗が所定の限度値を超えて進捗したときにトロリ線６に接触する部分に設けることにより、すり板２１２の厚さが限度値まで減少したことを検知することができる。

被検出体８の上端８１が集電舟２１の舟体２１１におけるすり板２１２の下に位置する部分の上面２１１ａよりも上方に位置することにより、舟体２１１が集電舟２１の上部に露出するようなパンタグラフ２の破損状態に至るよりも前の時点で、パンタグラフ２の異常を検知することができる。

第４の実施形態のパンタグラフ異常検知システム１０は、第２の実施形態と同様、パンタグラフ破損予知システムとも呼ばれる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせ、舟体２１１の燃焼及び放電に伴って出射される特定波長域の光を検出してパンタグラフ２の異常を検知するように受光装置３の分光感度を設定してもよい。また、第２の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせ、被検出体８の燃焼及び放電に伴って出射される特定波長域の光を検出してパンタグラフ２の異常を検知するように受光装置３の分光感度を設定してもよい。

１、１０ パンタグラフ異常検知システム
２１ 集電舟
２１１ 舟体
２１２ すり板
３ 受光装置
３１ 受光範囲
４ 判定部
５ 特定部分
７ 報知部
８ 被検出体

Claims (12)

1. パンタグラフの異常を検知するためのパンタグラフ異常検知システムであって、
   パンタグラフの集電舟における特定部分が受光範囲に含まれるように設けられた受光装置と、
   前記受光装置の出力が入力される判定部とを備え、
   前記特定部分は、集電舟に異常が生じたときに高温状態となる部分であり、
   前記受光装置は、前記特定部分が高温状態となったときに生じる化学的又は物理的な現象に伴って出射される特定波長域の光に対して高い分光感度を有し、
   前記判定部は、前記受光装置が受光した特定波長域の光の強度が所定の閾値以上であるとき、パンタグラフに異常が生じたと判定することを特徴とするパンタグラフ異常検知システム。
2. 前記特定部分は、集電舟に異常が生じたときにトロリ線と接触する部分であることを特徴とする請求項１に記載のパンタグラフ異常検知システム。
3. 前記特定部分は、集電舟の舟体であることを特徴とする請求項２に記載のパンタグラフ異常検知システム。
4. 前記特定部分は、前記舟体におけるすり板の下に位置する部分であることを特徴とする請求項３に記載のパンタグラフ異常検知システム。
5. 集電舟に設けられた被検出体をさらに備え、
   前記特定部分は、前記被検出体であることを特徴とする請求項２に記載のパンタグラフ異常検知システム。
6. 前記被検出体は、パンタグラフのすり板の摩耗が所定の限度値を超えて進捗したときにトロリ線に接触する部分に設けられることを特徴とする請求項５に記載のパンタグラフ異常検知システム。
7. 前記被検出体の上端は、集電舟の舟体におけるすり板の下に位置する部分の上面よりも上方に位置することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のパンタグラフ異常検知システム。
8. 前記受光装置は、前記特定部分が高温状態となったときにその特定部分自体が引き起こす化学反応、その特定部分と大気との化学反応、及びその特定部分とトロリ線に含まれる物質との化学反応の少なくともいずれかの化学反応に伴って出射される特定波長域の光に対して高い分光感度を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のパンタグラフ異常検知システム。
9. 前記すり板が、炭素を含有する場合、
   前記受光装置が高い分光感度を有する波長域は、炭素が高温状態となったときに化学反応によって出射される光の波長を含まないように設定されることを特徴とする請求項８に記載のパンタグラフ異常検知システム。
10. 前記受光装置は、前記特定部分に含有されてトロリ線及びパンタグラフのすり板に含有されていない特定物質の放電によって出射される特定波長域の光に対して、高い分光感度を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のパンタグラフ異常検知システム。
11. 前記トロリ線が、銅を含有し、アルミニウムを含有せず、前記すり板が、鉄を含有し、アルミニウムを含有しない場合、
    前記特定物質は、アルミニウムとされ、
    前記受光装置が高い分光感度を有する波長域は、アルミニウムの固有スペクトル線の波長を含み、銅及び鉄の固有スペクトル線の波長を含まないように設定されることを特徴とする請求項１０に記載のパンタグラフ異常検知システム。
12. 列車の乗務員に異常を報知するための報知部をさらに備え、
    前記報知部は、パンタグラフに異常が生じたと前記判定部が判定したとき、報知動作を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のパンタグラフ異常検知システム。

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