JP4036781B2 - 接地ブラシの接触抵抗測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一体的に構成された車輪を有し、軸受或いは摺動面を介して車軸部に支持された回転部に摺動接触する接地ブラシが複数設けられた台車を具備した鉄道車両の走行時における接地ブラシの接触抵抗測定方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
日本国内で一般的に使用されている鉄道車両の台車は、車輪と車軸とが一体構造となったものである。また、車輪と車軸とは共に鉄等の良導体の金属から成る。このため、軌道短絡回路を構成する際の車軸のインピーダンスはほぼ一定と見なされるのが通常である。
【０００３】
図４は、車輪と車軸とが一体構造となった従来の台車の車軸インピーダンスを説明するための図である。図４において点線は軌道短絡電流の流路を示す。軌道短絡は、レール／車輪間の接触抵抗Ｚ１，Ｚ２と、車軸インピーダンスＺｊとを介して行われる。しかし、レール／車輪間の接触抵抗Ｚ１，Ｚ２は、走行時の天候（例えば晴天か雨天か）や、レールの状態（例えば錆や、落ち葉などの介在物の有無等）、走行場所（例えばカーブ時の内軌側か外軌側か、分岐用レール上か）等によって変化し、固定値を取らない。このため、通常は停止時の車軸インピーダンスＺｊと走行時の軌道回路状態から短絡状態が決まる。ここで、車輪と車軸とは良導体の金属から成る一体構造であるため、車軸のインピーダンスＺｊは通常ほぼ一定と見なされる。
【０００４】
ところで、現在開発されている台車として、各輪独立駆動方式の車輪一体形主電動機を搭載した台車や、軌間の異なる線路を走行するための軌間可変電車の台車等がある。
【０００５】
このような各輪独立駆動方式の車輪一体形電動機を搭載した台車や軌間可変電車の台車においては、車輪と車軸とが一体構造となったものではなく、車輪が軸受等を介して回転可能に車軸に支持される構造となっている。このため、例えば、アウターロータ形各輪駆動方式の独立車輪方式によれば、車軸に固定された固定子に対して、車輪が回転子と一体となって回転自在となる反面、車輪と車軸とが電気的に接続されていないため、左右の車輪と車軸とを一体の良導体とみなすことはできない。
【０００６】
図５は各輪独立駆動方式の台車における車軸インピーダンスに係る要部概略図である。左右の車輪Ｗ１，Ｗ２は、軸受（不図示）及びロック機構（不図示）を介して回転可能に車軸ＳＨに支持される。また、左右の車輪Ｗ１，Ｗ２にはそれぞれ集電環Ｓ１，Ｓ２が一体的に構成され、集電環Ｓ１，Ｓ２の外周面には接地ブラシＧ１，Ｇ２が当接される。車輪Ｗ１，Ｗ２、及び集電環Ｓ１，Ｓ２は回転部であるが、接地ブラシＧ１，Ｇ２は集電環Ｓ１，Ｓ２の回転に伴ってその外周面を摺動する固定部である。接地ブラシＧ１，Ｇ２は、それぞれ接地ラインＬ１，Ｌ２によって端子台Ｔに接続される。尚、端子台Ｔを介さずに、接地ブラシＧ１，Ｇ２間を、直接、ライン（電線）によって接続するものもある。
【０００７】
車輪Ｗ１，Ｗ２、集電環Ｓ１，Ｓ２、接地ブラシＧ１，Ｇ２、接地ラインＬ１，Ｌ２、及び端子台Ｔは、次の主要機能と副次的機能とを有する。すなわち、主要機能は、パンタグラフを介して主電動機等に供給される給電電力をレールに戻す（接地する）ための接地回路を構成する機能である。副次的機能は軌道短絡回路を構成する機能である。
【０００８】
図５中、軌道短絡電流の流路を点線で示す。図５における車軸インピーダンスＺｊにおいて、車輪Ｗ１，Ｗ２と集電環Ｓ１，Ｓ２とは共に金属であり、一体的に構成されているため、インピーダンスはほぼ一定の値である。また、接地ラインＬ１，Ｌ２及び端子台Ｔを介した接地ブラシＧ１と接地ブラシＧ２間のインピーダンスは走行中であっても固定値である。このため、走行時に変動する可能性があるものは、接地ブラシＧ１，Ｇ２と、集電環Ｓ１，Ｓ２との間の接触抵抗Ｚｇ１，Ｚｇ２である（本明細書において、この接触抵抗を「接地ブラシの接触抵抗」という。）。
【０００９】
なお、上述の各輪独立駆動方式の問題は、軌間可変台車においても同様である。すなわち、軌間可変台車は、車軸に対して車輪を車軸方向に摺動させる必要があり、この摺動面に軸受がある場合は勿論のこと、摺動面には円滑な摺動を促すために油が塗布され、走行中は絶縁に近い状態になっているのが通常である。このため、上述した各輪独立駆動方式と同様、車軸インピーダンスには、走行時に変動する可能性のある接地ブラシの接触抵抗が含まれる。
【００１０】
ところで、各輪独立駆動方式の台車や軌間可変台車を装備した鉄道車両を実用化するためには、実際に運用されている軌道上を走行させる走行試験を行う必要がある。軌道回路を用いた信号の試験は最も重要な試験の１つである。このため、車軸インピーダンスＺｊにより、確実に軌道短絡が為されるかどうかが問題となる。すなわち、走行試験においては、接地ブラシと集電環間の接触抵抗のみならず、レール／車輪間の接触抵抗や、走行中の衝撃等による接地ブラシの接触・当接状態の変化が加味される。ここで、車輪踏面の形状が同一であれば、レール／車輪間の接触抵抗は、従来のものと基本的には変わらないため、走行中の車軸インピーダンスＺｊを決定付ける最大要因は、接地ブラシの接触抵抗がどの程度のものかという点となる。
【００１１】
しかしながら、各輪独立駆動方式の台車や軌間可変電車の台車は、研究・開発段階であって実用化に至っていない。このため、列車走行中の接地ブラシの接触抵抗を連続的に測定する方法が案出されていないのが現状である。
なお、現車走行時の接地ブラシの接触抵抗を測定する方法について、記載すべき文献公知発明はない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、各輪独立駆動方式の台車や軌間可変台車を装備した鉄道車両の走行時における接地ブラシの接触抵抗を連続的に測定する方法を実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
一体的に構成された車輪を有し、軸受或いは摺動面を介して車軸部（例えば図２の車軸ＳＨ）に支持された回転部（例えば図２の集電環Ｓ）に摺動接触する接地ブラシ（例えば図２の接地ブラシＧａ，Ｇｂ）が複数設けられた台車を具備した鉄道車両の走行時における接地ブラシの接触抵抗測定方法であって、
前記接地ブラシに接続されている接地ライン（例えば図１の接地ラインＬ１）を開放する開放工程と、
鉄道車両走行時に、前記開放した接地ブラシのうち２つの接地ブラシ間に所定電圧を印加する印加工程（例えば図２の交流電源Ｐによる電圧印加）と、
前記所定電圧を印加した接地ブラシ間の電圧及び電流を測定する測定工程（例えば図２の電流計Ａ及び電圧計Ｖ）と、
を含み、前記測定した電圧及び電流により当該接地ブラシの接触抵抗を求めることを特徴とする接地ブラシの接触抵抗測定方法。
【００１４】
この請求項１に記載の発明によれば、鉄道車両の走行中に、連続的に、接地ブラシの接触抵抗を求めることができる。従って、走行時の天候や走行したレールの状態、走行場所等に係わらず、車軸インピーダンスを求めることができる。また、集電環に対する接地ブラシの付勢力（押しつけ力）や、接地ブラシの接触面積等について、具体的な設計・調整を図ることができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の接地ブラシの接触抵抗測定方法において、
前記複数の接地ブラシには、少なくとも前記回転部（例えば図２の集電環Ｓ）に対する摺動軌跡が同一の接地ブラシが２つ含まれ、
前記印加工程は、前記摺動軌跡が同一な接地ブラシ間に前記所定電圧を印加する工程である、こととしてもよい。
【００１６】
この請求項２に記載の発明によれば、所定電圧を印加する２つの接地ブラシの摺動軌跡が同一であるため、一方の接地ブラシと回転部間の接触抵抗と、他方の接地ブラシと回転部間の接触抵抗とは略同一とみなすことができる。従って、１つの接地ブラシに関する接触抵抗を簡単に求めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
尚、実施の形態として、各輪独立駆動方式の台車を例に挙げて説明するが、本発明が適用可能なものは、車輪一体形電動機を搭載した台車である必要はなく、軌間可変台車などの車輪（回転部）と車軸とが一体構造となっていない台車であれば何れの台車に対しても本発明を適用できる。
【００１８】
図１は、各輪独立駆動方式の台車のうち、１つの軸の車軸インピーダンスに係る要部概略図であり、従来の図５と同一の部分には同一の符号を付している。図２は、接地ブラシの接触抵抗測定用の試験回路（以下、単に「試験回路」という。）の構成を示す図であり、集電環Ｓと車軸ＳＨとを縦断面で示す。なお、説明の簡明のために、図２中の集電環Ｓと車軸ＳＨ間に軸受等を図示していないが、実際には例えば円すいころ軸受等の軸受を介設して車軸ＳＨが集電環Ｗを支持するための摺動面が形成される。
また、以下説明においては、図１中左側の接地ブラシＧ１（Ｇ）の接触抵抗を測定する場合について説明する。
【００１９】
図１中の左側の接地ブラシＧ１は、図２に示す通り２つ１組（以下、２つ１組の接地ブラシを示す場合には「接地ブラシ組」という。）で構成されており、通常走行時においては、何れの接地ブラシも接地ケーブルＬによって端子台Ｔに電気的に短絡接続されている（尚、図１中の右側の接地ブラシＧ２も同様の構成である。）。
【００２０】
接地ブラシ組Ｇを構成する接地ブラシＧａ，Ｇｂは、車軸方向における同一位置であって、集電環Ｓの外周面上を所定距離離れた位置に配設される。従って、接地ブラシＧａ，Ｇｂは、車輪Ｗと一体となって回転する集電環Ｓの外周面上を摺動し、その摺動軌跡が同一の軌跡となる。すなわち、接地ブラシＧａ，Ｇｂそれぞれが接触する集電環Ｓの部分は同一であるため、接地ブラシＧａと集電環Ｓ間の接触抵抗と、接地ブラシＧｂと集電環Ｓ間の接触抵抗とは略同一とみなすことができる。
【００２１】
次に、接地ブラシの接触抵抗測定方法について説明する。まず、測定対象とする接地ブラシ組Ｇと、端子台Ｔとの間の導電路を開放する。具体的には、例えば図１に示すように、接地ケーブルＬ１を端子台Ｔから外すことにより実施する。次に、所定の交流電源Ｐを、電流制限抵抗Ｒを介して接地ブラシＧａ，Ｇｂ間に接続する。これにより、電源Ｐ→接地ブラシＧａ→集電環Ｓ→接地ブラシＧｂ→電流制限抵抗Ｒ→電源Ｐへの電流路が形成され、試験回路が構成される。次いで、列車走行中（試験走行中）に、交流電源Ｐによって所定の交流電圧を印加する。印加する交流の周波数や電圧は適宜変更するとしてよい。交流電源Ｐによる交流電圧が印加された後、この試験回路に流れる電流、及び接地ブラシＧａ，Ｇｂ間の電圧を、それぞれ電流計Ａ及び電圧計Ｖで測定する。
【００２２】
そして、測定した電流及び電圧に基づいて接地ブラシと集電環間の接触抵抗を求める。また、接地ブラシＧａ，Ｇｂそれぞれと集電環Ｓとの接触抵抗は略同一とみなすことができるため、接地ブラシＧａ及び接地ブラシＧｂの一方についての、集電環Ｓとの接触抵抗も求めることができる。
【００２３】
この試験回路を鉄道車両の試験走行中に構成することにより、連続的に、接地ブラシの接触抵抗を求めることができる。そして、走行時の天候や走行したレールの状態、走行場所等に係わらず車軸インピーダンスを求めることができる。また、集電環に対する接地ブラシの付勢力（押しつけ力）を変化させたり、接地ブラシの接触面積を変化させる等の、当該鉄道車両の運用実用化に向けた具体的な設計・調整をすることができる。
【００２４】
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、接地ブラシ組Ｇは、２つの接地ブラシによって構成されるとして説明したが、３以上であってもよい。その場合には、摺動軌跡が同一の軌跡となる任意の２つの接地ブラシ間に試験回路を構成することにより上述した実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００２５】
また、図３に示すように、接地ブラシＧａ，Ｇｂが、それぞれバネ（不図示）等が内設された金属製のブラシホルダＨａ，Ｈｂによって集電環Ｓに押圧され、さらにブラシホルダＨａとブラシホルダＨｂとが円弧状の金属体によって接続されている場合がある。接地ブラシＧａ，Ｇｂ及びブラシホルダＨａ，Ｈｂを電気的に一体（短絡）とみなし、少しでも抵抗を少なくして接地ブラシの主要機能としての役割を全うするための構造である。しかし、試験回路を構成する上においては、接地ブラシＧａ→集電環Ｓ→接地ブラシＧｂへの電流路を形成する必要がある。このため、少なくとも試験走行時においては、接地ブラシＧａ，Ｇｂと、ブラシホルダＨａ，Ｈｂとを絶縁する工程が必要となる。具体的にはブラシホルダＨａ，Ｈｂの内面に絶縁性のゴムを敷設する等により実現できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、鉄道車両の走行中に、連続的に、接地ブラシの接触抵抗を求めることができる。従って、走行時の天候や走行したレールの状態、走行場所等に係わらず車軸インピーダンスを求めることができる。また、集電環に対する接地ブラシの付勢力（押しつけ力）や、接地ブラシの接触面積等、具体的な設計・調整を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各輪独立駆動方式の台車のうち、１つの軸の車軸インピーダンスに係る要部概略図。
【図２】接地ブラシの接触抵抗測定用の試験回路の構成を示す図。
【図３】ブラシホルダが円弧状の金属体によって接続されている状態を説明するための図。
【図４】車輪と車軸とが一体構造となった従来の台車の車軸インピーダンスを説明するための図。
【図５】各輪独立駆動方式の台車における車軸インピーダンスに係る要部概略図。
【符号の説明】
Ｔ 端子台
Ｌ 接地ライン
Ｇ 接地ライン組
Ｇａ 接地ライン
Ｇｂ 接地ライン
Ｓ 集電環
Ｐ 交流電源
Ａ 電流計
Ｖ 電圧計
Ｒ 電流制限抵抗
ＳＨ 車軸

Claims (2)

1. 一体的に構成された車輪を有し、軸受或いは摺動面を介して車軸部に支持された回転部に摺動接触する接地ブラシが複数設けられた台車を具備した鉄道車両の走行時における接地ブラシの接触抵抗測定方法であって、
   前記接地ブラシに接続されている接地ラインを開放する開放工程と、
   鉄道車両走行時に、前記開放した接地ブラシのうち２つの接地ブラシ間に所定電圧を印加する印加工程と、
   前記所定電圧を印加した接地ブラシ間の電圧及び電流を測定する測定工程と、
   を含み、前記測定した電圧及び電流により当該接地ブラシの接触抵抗を求めることを特徴とする接地ブラシの接触抵抗測定方法。
2. 前記複数の接地ブラシには、少なくとも前記回転部に対する摺動軌跡が同一の接地ブラシが２つ含まれ、
   前記印加工程は、前記摺動軌跡が同一な接地ブラシ間に前記所定電圧を印加する工程である、ことを特徴とする請求項１に記載の接地ブラシの接触抵抗測定方法。

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