JP2697509B2 - 集電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集電装置に係り、特に高
速で走行する電動車両の騒音を低減し、かつ車体との電
気的絶縁を確保しつつ架線への追従性を向上し、架線と
の接触力変動を抑制するに好適な集電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としては、特公平２−５０６８
１号に記載のように、集電シューを保持する集電シュー
保持体がばねを介して集電管により支持され、集電管が
その外表面に設けられたラックピニオンと駆動モータに
より伸縮させられる。一方、その駆動モータやその集電
管を案内する延長管は車体に取付けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
テレスコープ機構をラックピニオンと駆動モータで伸縮
させ、架線への押付力を保つようにしているが、集電管
の外表面にラックピニオンを設けているので高速で走行
する車両に搭載した際、騒音が著しく大きくなる恐れが
ある。さらに、駆動モータや延長管の集電シューとの電
気絶縁構造については何ら記述がない。

【０００４】本発明の目的は、低騒音で、車体との電気
的絶縁を確保しつつ集電体の押上げ力を制御できる集電
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、 集電体と、 該
集電体を支持する支持柱と、 該支持柱を案内する部分を
有する上台座と、 該上台座を支える碍子と、 該碍子を支
える下台座と、 前記上台座、前記碍子、前記下台座の各
内壁によって囲まれ、内部に電気的な絶縁作用を有する
流体が満たされている絶縁流体室と、その上部が前記支
持柱に結合され、中間部が電気的絶縁性を有する絶縁リ
ンクで構成され、かつ該絶縁リンクを含む部分が前記絶
縁流体室中を貫通し、その下部が前記絶縁流体室の外部
の前記下台座に設置したアクチュエータに結合されて、
前記支持柱を上下に動作させる支持柱動作機構と、 前記
支持柱から前記絶縁流体室中を通って前記絶縁流体室外
の前記下台座に導かれる高電圧ケーブルと、 からなる集
電装置を構成したことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明によれば、集電体、支持柱、上台座、碍
子、下台座で構成しているので、外形寸法を大きく、外
形を滑らかに形成できるので、カルマン渦の発生周波数
が低くかつ気流乱れが少なくなり、低騒音にできるもの
である。

【０００７】また、集電体を支える支持柱と結合した支
持柱動作機構の１部分を絶縁リンクで構成し、かつその
部分を絶縁流体室中を通した後下台座内のアクチュエー
タと結合しているので、可動部分の質量が軽減され、そ
れを車体側からアクチュエータで直接動かすことがで
き、かつ支持柱、集電体を電気的絶縁を保ちつつ間接的
でなく直接機械的に上下動させて架線への追従性を向上
し接触力変動の抑制を行うことが出来る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図６を用
いて説明する。１は架線、２は架線に接触して集電し部
材寸法が大きくその外表面が滑らかな形をした集電体
で、集電体２は次のもので構成される。２ａはすり板、
２ｂはすり板２ａを弾性支持するすり板ばね、２ｃはす
り板ばね２ｂを支える舟体、２ｄは舟体２ｃを弾性支持
する舟体ばね、２ｅは舟体ばね２ｄを支える舟体支持
体、２ｆは舟体２ｃの上面以外の面および舟体支持体２
ｅの全面を被い分岐架線を案内する弓形ホーンが取付け
られた外表面が滑らかな形の整風体である。３は集電体
２の舟体支持体２ｅ、整風体２ｆを支持し外表面が滑ら
かな形をした支持柱で、次のものからなる。３ａは舟体
支持体２ｅ、整風体２ｆが上部に結合された内筒、３ｂ
は内筒３ａを弾性支持し集電体２を架線１に押付ける押
付ばね、３ｃは押付ばね３ｂを支え内筒３ａがその内側
を上下に摺動する外筒である。４は外筒３ｃをその中央
で案内し外表面が滑らかな形をした上台座、４ａは外筒
３ｃを案内しシールド作用をもつ上台座４に設けられた
絶縁流体シールド構造体である。５は上台座４を支え電
気的絶縁作用を有し外表面が滑らかな形をした碍子、６
は碍子５を支え碍子５によって上台座４、支持柱３、集
電体２と電気的に絶縁されその外表面が滑らかな形をし
た下台座、７は上台座４、碍子５、下台座６の各内壁に
よって囲まれ内部が電気絶縁流体７ａとしてのＳＦ６ガ
スによって満たされた絶縁流体室である。８は支持柱３
を上下に動作させる支持柱動作機構であり、次のものか
ら構成される。８ａは支持柱３の外筒３ｃの下端に結合
され絶縁流体室７内にあって電気絶縁材からなる第１絶
縁リンク、８ｂは第１絶縁リンク８ａに結合され絶縁流
体室７内にあって上下に伸縮できるパンタグラフなどで
なる第１伸縮リンク、８ｃは第１伸縮リンク８ｂと結ば
れ絶縁流体室７の外側で下台座６の内部に設けられ第１
伸縮リンクを上下に動作させる第１アクチュエータであ
る。４ｂは第１アクチュエータ８ｃを案内しシールド作
用をもつ下台座６の内壁に設けられた絶縁流体シールド
構造体である。９は下台座６が固定される車体の屋根、
10は外筒３ｃの下端に結ばれ絶縁流体室７の中を通って
下台座６の内部に導かれる高電圧ケーブルであり、高電
圧ケーブル10は絶縁流体室７の内部で外筒３ｃの下端に
結合され外筒３ｃと共に上下に動きうるフレキシブルケ
ーブル10ａと、フレキシブルケーブル10ａに結ばれその
外側が電気絶縁材で被われて絶縁流体室７の内部から下
台座６の内部に導かれる絶縁ケーブル10ｂとからなる。

【０００９】以上の構成によれば、集電体２、支持柱
３、上台座４、碍子５、下台座６ともに大きい部材で構
成され、かつその外表面が滑らかな形をしているので、
これらの部材によるカルマル渦発生周波数は低く気流乱
れも少なくなり空力騒音は著しく小さくなる。また、第
１アクチュエータ８ｃ、第１伸縮リンク８ｂは絶縁流体
室７の内部で第１絶縁リンク８ａによって支持柱３、集
電体２と結合されていると同時に、下台座６内部にある
第１アクチュエータ８ｃは絶縁流体室７の外では碍子５
によって支持柱３、集電体２と絶縁されているので、第
１アクチュエータ８ｃは支持柱３、集電体２など高電圧
部と電気的に完全に絶縁されており、第１アクチュエー
タ８ｃに直接電気や流体などその駆動源を供給すること
が出来る。駆動源が第１アクチュエータ８ｃに供給され
ると集電体２を架線１に押当てることが出来ると共に、
第１アクチュエータ８ｃによって、架線１の凹凸や集電
体２の揚力変動などの外乱がある場合に、集電体２と架
線１の間の接触力変動を抑制することが出来る。図５、
図６のように第１アクチュエータ８ｃによって支持柱
３、集電体２を下げて車両限界内に収納することが出来
る。本実施例によれば、集電体２及び支持柱３が各部分
に分割されて弾性支持されているので、架線１に対する
高周波域（５〜６０Ｈｚ程度）での追従性が良くなり、
接触力変動が一層抑制されるという効果がある。また、
アクチュエータが第１アクチュエータ８ｃ一箇であるか
ら、安価に出来るという効果がある。さらに、電気絶縁
流体７ａをＳＦ６ガスとしているので、無色無臭不燃で
あり安全性が向上する効果がある。

【００１０】本発明の第２の実施例では、図７に示すよ
うに、第１アクチュエータ８ｃが第１伸縮リンク８ｂの
回転方向に取付けられ第１伸縮リンク８ｂを押上げるば
ね11ａとばね11ａを圧縮しながら第１伸縮リンク８ｂを
押下げる動作のみを行うアクチュエータ11ｂとからな
る。したがって外乱に対する上下追従動作は主としてば
ね11ａによって行われる。本実施例によれば、アクチュ
エータ11ｂに関係なくばね11ａによって集電体２は架線
１に押付られているので、フェイルセイフであるという
効果がある。

【００１１】本発明の第３の実施例では、図８ないし図
９に示すように、第１実施例の図１、第２実施例の図７
に加えて支持柱動作機構12を設けている。支持柱動作機
構12は以下のものから構成される。12ａは支持柱３の内
筒３ａの内側に結合されたリンク、12ｂは絶縁流体室７
の内部でリンク12ａの下端に結合され電気絶縁材からな
る第２絶縁リンク、12ｃは絶縁流体室７の内部にあって
第２絶縁リンク12ｂに結ばれパンタグラフなどでなる上
下伸縮可能な第２伸縮リンク、12ｄは第２伸縮リンク12
ｃと結ばれ絶縁流体室７の外側で、かつ下台座６の内部
に設けられた第２伸縮リンク12ｃを上下に動作させ接触
力変動の抑制を行う第２アクチュエータである。４ｃは
第２アクチュエータ12ｄを案内しシールド作用をもつ下
台座６の内壁に設けられた絶縁流体シールド構造体、４
ｄは外筒３ｃとリンク12ａの間の絶縁流体シールド構造
体である。さらに、第２アクチュエータ12ｄの制御装置
は以下のもので構成されている。13は集電体２に設けら
れる状態量検出センサで、例として13ａは集電体２の内
部に設けられ上下力を検知するロードセル、13ｂは集電
体２に設けられる上下振動加速度計である。14ａは状態
量検出センサの出力線、14ｂは上台座４の内部に設けら
れる出力線14ａに結ばれた増巾器、14ｃは状態量検出セ
ンサ13、増巾器14ｂに電源を供給するバッテリ、14ｄは
外筒３ｃが下降した時にバッテリ14ｃを充電するための
外筒３ｃの下端及び絶縁流体室７内に設けた充電端子、
14ｅは下台座６内から充電端子14ｄに充電電流を供給す
る電線、14ｆは充電端子14ｄからバッテリ14ｃへの電
線、14ｇは増巾器14ｂの出力を光信号に変える上台座内
に設けられた光変換器、14ｈは光変換器14ｇの出力を絶
縁流体室７の内部を通って下台座６の内部へ導く光ファ
イバ、14ｉは光ファイバ14ｈの光信号を電気信号に変換
しフィードバック制御信号を作成し出力する下台座６内
の制御回路、14ｊは制御回路14ｉの出力によって操作さ
れ第２アクチュエータ12ｄを制御する下台座６内に設け
られた制御弁である。

【００１２】本実施例によれば、支持柱３の外筒３ｃは
支持柱動作機構８の第１アクチュエータ8cによって上昇
させられる。一方、支持柱３の内筒３ａ、集電体２は支
持柱動作機構12のリンク12ａ、第２絶縁リンク12ｂ、第
２伸縮リンク12ｃ、制御装置によって制御される第２ア
クチュエータ12ｄによって上下動作させられる。集電体
２と架線１の間の接触変動が制御されるので、集電体２
と結ばれた内筒３ａが直接制御されて応答性が向上し、
接触力変動をより一層制御できるという効果がある。

【００１３】本発明の第４の実施例では、図10に示すよ
うに、第１実施例の図１、第３実施例の図８に加えて、
整風体２ｇの外側に揚力受体15を設け支持柱３の外筒３
ｃに結合している。また、第１アクチュエータ８ｃは外
筒３ｃと内筒３ａの上下相対変位が一定となるように変
位計15ａの出力を用いて変位制御する。本実施例によれ
ば、揚力受体15に大きい揚力、整風体２ｇには小さい揚
力が加わり、揚力受体15は第１アクチュエータ８ｃによ
って整風体２ｇと上下変位が等しくなるように変位制御
され、揚力の小さい整風体２ｇをもつ集電体２は第２ア
クチュエータ12ｄによって接触力変動が抑制されるよう
に力制御されるので、集電体２の揚力による接触力変動
はより一層制御されるという効果がある。

【００１４】本発明の第５の実施例では、図11に示すよ
うに、第１実施例の図１、第３実施例の図８と異なっ
て、整風体２ｈが車両の走行方向に対応して回転ピン16
ｃまわりに回転している。整風体２ｈには別にピン16ｄ
が設けられ、ピン16ｄにねじ溝付のロッド16ｅが結合さ
れ、ロッド16ｅはねじ16ｆとねじ16ｆを駆動し内筒３ａ
に固定されたモータ16ｇと結合されている。モータ16ｇ
へ電源を供給する電線16ｈはバッテリー14ｃにつながっ
ている。16ｉは内筒３ａに設けられたストッパで、車両
が図11の如く左方向に走行するときロッド16ｅは下スト
ッパまで押し下げられ、右方向に走行するときはロッド
16ｅは上ストッパまで押し上げられる。本実施例では、
走行方向に対して、整風体２ｈが仰角をもつことになる
ので、集電体２の下面で流速が速くなって圧力が減少
し、上面で流速が遅くなって圧力が上昇し、集電体２に
は下向きの力が付加され揚力が減少する。集電体２から
架線１への上向きの大きい接触力が作用しないので、接
触力変動はより一層小さく制御されるという効果があ
る。

【００１５】本発明の第６の実施例では、図12に示すよ
うに、第３実施例に加えて超音波センサなどによって架
線１の凹凸を検出し制御回路14ｉに信号を出力する凹凸
センサ17が車体の屋根９上に設けられる。本実施例によ
れば、外乱としての架線１の凹凸信号が制御回路14ｉに
フィードフォワードされるので、接触力変動がより一層
小さくできる効果がある。

【００１６】本発明の第７の実施例では、図13に示すよ
うに、第３実施例に加えて揚力と対応した圧力又は流速
を測定できる揚力センサ18を整風体２ｆに設けている。
本実施例によれば、外乱としての揚力の信号が制御回路
14ｉにフィードフォワードされるので、接触力変動がよ
り一層小さくできる効果がある。

【００１７】本発明第８の実施例では、図14に示すよう
に、第１実施例ないし第７実施例に加えて、下台座６又
は屋根９に固定され碍子５の外側に設けられる電気絶縁
体からなる内整風体18ａと、上台座４の上面に固定され
内整風体18ａの外側に設けられる外整風体18ｂとを備え
る。本実施例によれば、外整風体18ｂ、内整風体18ａに
より風が直接碍子５に当らなくなるので、空力騒音がさ
らに小さくできる効果がある。

【００１８】本発明の第９の実施例では、図15に示すよ
うに、上台座４の上面の高さ位置を屋根９の面の高さ位
置に近くしている。本実施例によれば、上台座４以下の
部分に直接風が当らないので空力騒音を著しく小さくで
きる効果がある。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、集電体、支持柱、上台
座、碍子、下台座で構成しているので、外形寸法を大き
く、外形を滑らかに形成できるので、カルマン渦の発生
周波数が低くかつ気流乱れが少なくなり、低騒音にでき
るものである。また、車体との電気的絶縁を確保しつつ
集電体の押上げ力を制御できることにより架線との接触
力変動を抑制できる効果がある。本発明の態様において
は、集電体を複数の弾性支持系で構成することによって
架線に対する高周波域（５〜１０Ｈｚ程度）での追従性
が良くなり、接触力変動がより一層抑制される効果があ
る。本発明の他の態様においては、支持柱を分割して集
電体と結合される質量を小さくしているので接触力変動
がより一層抑制される効果がある。本発明のさらに他の
態様においては、ＳＦ６ガスを用いているので、安全性
が向上する効果がある。本発明のさらに他の態様におい
ては、支持柱動作機構の第１アクチュエータをばねとア
クチュエータで構成しているので、ばねによる押付けが
常に行われフェイルセイフである効果がある。本発明の
さらに他の態様においては、支持柱の内筒にも支持柱動
作機構を設けているので、内筒と結んだ集電体が直接制
御されて接触力変動をより一層抑制できる効果がある。
本発明のさらに他の態様においては、内筒と結合した支
持柱動作機構の第２アクチュエータの制御を状態量検出
センサの出力をフィードバックして行っているので接触
力変動をより一層抑制できる効果がある。本発明のさら
に他の態様においては、架線の凹凸を検出する凹凸セン
サの出力をフィードフォワードして第２アクチュエータ
の制御を行っているので、接触力変動をさらに一層抑制
できる効果がある。本発明のさらに他の態様において
は、揚力センサの出力をフィードフォワードして第２ア
クチュエータの制御を行っているので接触力変動をさら
に一層抑制できる効果がある。本発明のさらに他の態様
においては、揚力受体を整風体の外側に設けて外筒に結
合しているので、整風体のうける揚力が小さくなり接触
力変動をより抑制できる効果がある。本発明のさらに他
の態様においては、碍子を内整風体と外整風体で囲んで
いるので、空力騒音をより一層低減できる効果がある。
本発明のさらに他の態様においては、上台座の上面の高
さ位置を屋根の高さ位置に近くしているので、空力騒音
を著しく低減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の集電装置の側面図である。

【図２】本発明の実施例の集電装置の正面図である。

【図３】本発明の実施例の集電体の側面図である。

【図４】本発明の実施例の集電体の正面図である。

【図５】本発明の実施例の集電装置の収納状態を示す側
面図である。

【図６】本発明の実施例の集電装置の収納状態を示す正
面図である。

【図７】本発明の第２の実施例の集電装置の側面図であ
る。

【図８】本発明の第３の実施例の集電装置の側面図であ
る。

【図９】本発明の第３の実施例の集電装置の正面図であ
る。

【図１０】本発明の第４の実施例の揚力受体の取付を示
す側面図である。

【図１１】本発明の第５の実施例の整風体を示す側面図
である。

【図１２】本発明の第６の実施例の凹凸センサ取付を示
す側面図である。

【図１３】本発明の第７の実施例の揚力センサ取付を示
す側面図である。

【図１４】本発明の第８の実施例の内整風体、外整風体
の取付を示す側面図である。

【図１５】本発明の第９の実施例を示す側面図である。

【符号の説明】

２…集電体、３…支持柱、４…上台座、５…碍子、６…
下台座、７…絶縁流体室、８…支持柱動作機構、８ａ…
第１絶縁リンク、８ｃ…第１アクチュエータ、10…高電
圧ケーブル、12…支持柱動作機構、12ｂ…第２絶縁リン
ク、12ｄ…第２アクチュエータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 博之 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (56)参考文献 特公 昭53−41402（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集電体と、 該集電体を支持する支持柱と、 該支持柱を案内する部分を有する上台座と、 該上台座を支える碍子と、 該碍子を支える下台座と、 前記上台座、前記碍子、前記下台座 の各内壁によって囲
   まれ、内部に電気的な絶縁作用を有する流体が満たされ
   ている絶縁流体室と、その上部 が前記支持柱に結合され、中間部が電気的絶縁
   性を有する絶縁リンクで構成され、かつ該絶縁リンクを
   含む部分が前記絶縁流体室中を貫通し、その下部が前記
   絶縁流体室の外部の前記下台座に設置したアクチュエー
   タに結合されて、前記支持柱を上下に動作させる支持柱
   動作機構と、前記 支持柱から前記絶縁流体室中を通って前記絶縁流体
   室外の前記下台座に導かれる高電圧ケーブルと、から なる集電装置。
2. 【請求項２】前記集電体を、架線と接触するすり板と、
   上記すり板を弾性支持するすり板ばねと、上記すり板ば
   ねを支持し上記すり板の下部を被う舟体と、上記舟体を
   弾性支持する舟体ばねと、上記舟体ばねを支持する舟体
   支持体と、上記舟体の下３面と上記舟体支持体を被い分
   岐架線を案内する弓形のホーンが取付られた整風体とで
   構成したことを特徴とする請求項１に記載の集電装置。
3. 【請求項３】前記支持柱を、該集電体と結合された内筒
   と、上記内筒と集電体を架線に押付ける押付ばねと、上
   記押付ばねを支え上記内筒を案内する外筒とで構成した
   ことを特徴とする請求項１に記載の集電装置。
4. 【請求項４】前記絶縁流体室内の電気絶縁流体を、加圧
   されたＳＦ６ガスとしたことを特徴とする請求項１に記
   載の集電装置。
5. 【請求項５】前記支持柱動作機構を、該外筒と結合され
   電気的絶縁性を有する第１絶縁リンクと、上記絶縁リン
   クの下部に結合され該絶縁流体室内に設けられて上下に
   伸縮可能な第１伸縮リンクと、上記第１伸縮リンクの伸
   縮を制御し該下台座内に設けられる第１アクチュエータ
   とで構成したことを特徴とする請求項１又は請求項３に
   記載の集電装置。
6. 【請求項６】前記支持柱動作機構の第１アクチュエータ
   を、該第１伸縮リンクを押し上げるばねと、上記ばねを
   圧縮し該第１伸縮リンクを押し下げるように制御するア
   クチュエータとで構成したことを特徴とする請求項５に
   記載の集電装置。
7. 【請求項７】前記支持柱動作機構として、該内筒の内側
   に結合されたリンクと、該絶縁流体室の中で上記リンク
   の下端に結合され電気的絶縁性を有する第２絶縁リンク
   と、該絶縁流体室の中にあって上記第２絶縁リンクに結
   合され上下方向に伸縮可能な第２伸縮リンクと、上記第
   ２伸縮リンクと結ばれ該下台座内に設けられて上記第２
   伸縮リンクを上下方向に伸縮させる第２アクチュエータ
   とをさらに設けたことを特徴とする請求項５又は請求項
   ６に記載の集電装置。
8. 【請求項８】前記第２アクチュエータの制御装置とし
   て、該集電体に設けられた状態量を検出する状態量検出
   センサと、該上台座内に設けられ上記状態量検出センサ
   の出力を増巾する増巾器と、該上台座内に設けられ上記
   増巾器に電源を供給するバッテリと、該絶縁流体室の中
   にあってバッテリを充電するための充電端子と、該上台
   座内にあって上記増巾器の出力を光信号に変換する光変
   換器と、該絶縁流体室を通って上記光変換器の出力を該
   下台座内に導く光ファイバと、該下台座内に設けられ上
   記光ファイバと結ばれて光信号を電気信号に変換し制御
   信号を作成する制御回路と、上記制御回路の出力によっ
   て操作される制御弁とを設けたことを特徴とする請求項
   ７に記載の集電装置。
9. 【請求項９】前記第２アクチュエータの制御装置とし
   て、架線の凹凸を検出する凹凸センサを車体に設け該制
   御回路にさらに入力することを特徴とする請求項８に記
   載の集電装置。
10. 【請求項１０】前記第２アクチュエータの制御装置とし
    て、該集電体に加わる揚力相当の量を検出する揚力セン
    サを該集電体に設け該制御回路にさらに入力することを
    特徴とする請求項８に記載の集電装置。
11. 【請求項１１】前記整風体の外側に揚力を受ける揚力受
    体を設けて該外筒に結合し、第１アクチュエータの制御
    入力として、上記揚力受体の該整風体に対する上下変位
    を用いたことを特徴とする請求項５に記載の集電装置。
12. 【請求項１２】前記整風体として、該整風体の１部分が
    回転ピン回りに回転するようにしたことを特徴とする請
    求項２に記載の集電装置。
13. 【請求項１３】該下台座又は屋根に固定され該碍子の下
    部外側に設けられる内整風体と、該上台座の上面に固定
    され上記内整風体の上部外側に設けられる外整風体とを
    さらに設けたことを特徴とする請求項１に記載の集電装
    置。
14. 【請求項１４】該上台座の上面の高さ位置を屋根面高さ
    位置に近くしたことを特徴とする請求項１に記載の集電
    装置。