JP4322708B2 - パンタグラフ故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両への給電を行うためのパンタグラフ故障診断装置に関するものである。

従来、鉄道車両の屋根上に搭載されているパンタグラフは、トロリ線に摺動しながら車両への給電を行うようにしている。

図６は従来のパンタグラフの集電および給電部の模式図、図３はそのパンタグラフの裏面図（写真）、図７はコーベル線の周りの斜視図である。

これらの図において、１０１はトロリ線、１０２はすり板、１０３は舟体、１０４は天井管、１０５は枠組、１０６はパンタ台枠、１０７は車両の天井に載置され、パンタ台枠１０６を支持する碍子、１０８は舟体１０３に接続され天井管１０４に固定される４本のコーベル線（導線）、１０９は車内のモータ（図示なし）へと給電するための電力ケーブル、１１０は固定金具、１１１はその固定金具１１０に固定されるコーベル線端子台、１１２はコーベル線１０８とコーベル線端子台１１１とを接続する締結具（ボルトとナット）である。

そして、パンタグラフには、４本のコーベル線１０８（図３参照）が舟体１０３と枠組１０５間に接続されている。給電される電流は、トロリ線１０１→すり板１０２→舟体１０３→コーベル線１０８→枠組１０５→パンタ台枠１０６→電力ケーブル１０９→モータ（図示なし）という経路で供給される。
なし

上述のように、鉄道車両の屋根上に搭載されているパンタグラフは、常に走行風にさらされながらトロリ線と摺動し、また大電流を流し続けるという過酷な状況に置かれている。それにもかかわらず、トロリ線との追随性を確保するためパンタグラフの舟体を軽量化する必要があり、強度的にはやや弱い設計となっている。そのため、振動疲労や発熱、摩擦等により部品が折損したりコーベル線が断線する等の事故が発生している。このような事故が発生すると、舟体は正常な取り付け状態を維持できなくなり、固定金具からはずれた状態で走行し、ついには電車線金具に衝突して破損することになる。

一方、電車線に固定されている各種金具もまれに振動疲労や熱等ではずれたり断線したりしてパンタグラフに衝突することがある。この場合、パンタグラフは大きな衝撃を受け、舟体が変形したりはずれたりするといった問題があった。

このように、事故が発生しやすい装置であるにもかかわらず、事故が発生してもそれを通報する装置は設計されていない。それは、パンタグラフが加圧部であり、車内にデータを伝送し難いうえ、鉄道車両上に複数搭載された各パンタグラフに装置を取り付ける必要があるため、低コストでかつメンテナンスフリーといった要件を備える必要があるからである。

このようにパンタグラフの故障を検知する警報装置がないため、現状では運転士はパンタグラフが故障しても気付かずにそのまま走り続けてしまうことがある。そうすると、パンタグラフは大破し、電車線も広範囲にわたって被害を受け、その復旧に長時間を要するといった問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みて、パンタグラフの故障を簡単な装置の付加により的確に検出することができるパンタグラフ故障診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕軌道式車両への給電を行うためのパンタグラフ故障診断装置において、舟体に接続されるコーベル線の電流を検出する第１の電流検出器と、集電電流を検出する第２の電流検出器と、前記第１の電流検出器からの検出電流と前記第２の電流検出器からの検出電流とを比較し、パンタグラフ故障と判断される場合には、警報信号を出力する制御装置とを具備することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載のパンタグラフ故障診断装置において、前記第１の電流検出器をコーベル線端子台のアーム部に配置することを特徴とする。

本発明によれば、パンタグラフの故障を簡単な装置の付加により的確に検出することができる。

本発明の軌道式車両への給電を行うためのパンタグラフ故障診断装置は、１つのパンタグラフの支持部周りに１個の電流検出器とそれに接続される制御装置とを配置することにより、パンタグラフの故障を的確に検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示すパンタグラフ故障診断装置の模式図、図２はその電流検出器の取付部の一例を示す図（写真）、図４はその電流検出器の取付状態を示す模式図である。

これらの図において、１はトロリ線、２はすり板、３は舟体、４は天井管、５は枠組、６はパンタ台枠、７は車両の天井に載置され、パンタ台枠６を支持する碍子、８は舟体３に接続され天井管４に固定されるコーベル線、９はコーベル線８を流れる電流を検出する第１の電流検出器（第１のセンサ）、１０はそのコーベル線８に接続されて車内へと接続される配線、１１は車内のモータへと給電するための電力ケーブル、１２は電力ケーブル１１に流れる電流を検出する第２の電流検出器（第２のセンサ）、１３は固定金具、１４はその固定金具１３に固定されるコーベル線端子台、１５はコーベル線８とコーベル線端子台１４とを接続する締結具（ボルトとナット）である。なお、ここでは、第１の電流検出器９はコーベル線端子台１４のアーム部に固定される。また、１６は制御装置であり、第１の電流検出器９から検出される電流（検出値）と第２の電流検出器１２から検出される電流（基準値）とを比較して、パンタグラフ故障と判断した場合にはそれを警報する。

以下、本発明にかかるパンタグラフ故障検出方法について説明する。

パンタグラフには、４本のコーベル線８（図１参照）と呼ばれる導線が舟体３と枠組５間に接続されている。給電される電流は、トロリ線１→すり板２→舟体３→コーベル線８→枠組５→パンタ台枠６→電力ケーブル１１→モータ（図示なし）という経路で供給される。

図５はパンタグラフ故障診断の説明図である。

正常時のコーベル線８には、図５（ａ），図５（ｂ）に示すように１本あたり集電電流（全電流）Ｉの約１／４が流れている。

それに対し、舟体３が破損すると、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、一方の舟体３がトロリ線１から離れたり、不完全接触により、離着線が連続したりする状態が発生する。例えば、一方の舟体３が離れると、着線している舟体３のコーベル線８の１本あたりの電流は、集電電流（全電流）をＩとすると、Ｉ／４からＩ／２へと増加する。これは、一方のコーベル線８が断線した時も同様で、断線していない健全コーベル線８の電流は増加する。もちろん離線した舟体３の、あるいは断線したコーベル線８の電流は零になる。

このように、舟体３に異常が発生した時には、コーベル線８の電流が変化する。したがって、第２の電流検出器１２から検出されるパンタグラフの集電電流Ｉ（モータに流れる電流）（基準値）と、第１の電流検出器９から検出されるコーベル線８に流れる電流（検出値）を、制御装置１６で比較することにより、パンタグラフの異常状態を検出することができる。

すなわち、パンタグラフの故障時には、上記したように、４本全てのコーベル線８の電流に変化が現れることになるので、４本の内のいずれか１本のコーベル線８の電流を検出することにより、パンタグラフの故障を検出することができる。したがって、４本の全てのコーベル線８の電流を測定する必要はなく、１本だけ測定すればよい。

パンタグラフが正常状態か異常状態かは、以下のコーベル線８の電流態様によって以下のように分類できる。ここで、Ｉは集電電流（全電流）である。
（１）正常状態：１本のコーベル線に流れる電流は約Ｉ／４（Ｉは一定）
（２）他方の舟体が離線：Ｉ／２に増加する（Ｉは一定）
（３）他方の舟体が離着線：Ｉ／４〜Ｉ／２で変化（Ｉは一定）
（４）当該舟体が離線：０（Ｉは一定）
（５）当該舟体が離着線：０〜Ｉ／４（Ｉは一定）
（６）両舟体が離着線：０〜Ｉで変化（Ｉも変化）
（７）パンタグラフ大破：０（Ｉも零）
また、
（１）正常状態：Ｉ／４であったものが、
コーベル線が破断した場合は、
（２）他のコーベル線１本が断線：Ｉ／３
（３）他のコーベル線２本が断線：Ｉ／２
（４）他のコーベル線３本が断線：Ｉ
（５）当該コーベル線が断線：０
となる。

このように、パンタグラフの事故が発生するとコーベル線の電流は必ずＩ／４から変化することになるので、制御装置１６にその閾値とその継続時間を設定しておくことにより、的確にパンタグラフの異常状態を検出することができる。

本発明では、図２及び図４に示すように、コーベル線８の電流の検出はコーベル線端子台１４に小型の電流検出器９を取り付ける。これにより、舟体３やコーベル線８の交換の際にも新たに電流検出器を取り付ける必要はない。また、光ＣＴのように光ファイバ式のセンサの場合は、直流電車であれば絶縁が確保されるのでそのまま光ケーブルを車内に引き込むことができ、電源等の設備は不要となる。

一方、パンタグラフから車内（モータ）に引き込まれるケーブルにも電流検出器（第２の電流検出器）を取り付けるが、これは運転用に取り付けられている電流検出器でかまわない。

２つの電流検出器の出力は制御装置に入力され、ここで上述したような両者の比較を行ってパンタグラフの状態が正常か否かを判断する。異常と判断した場合には運転席に警報あるいはブレーキ指令を発する。

このように、本発明によれば、本装置はパンタグラフには電流検出器を１個取り付けるだけでよく、さらに光ファイバ式センサであれば、絶縁することなく光ケーブルを車内に引き込むことが可能である。また、電流検出器の取付けを、図２及び図４のようにすれば、車両検査時にコーベル線や舟体を取り替えたりボルト・ナット部の打音検査を行っても特に支障はないと考えられる。また、電流検出器そのものも通常は検査する必要がないため、メンテナンスフリー化できる。処理装置は主に２電流を比較するだけであるので、大がかりな装置とはならず、安価に製作可能である。これらのことから、各パンタグラフに取り付けても大きなコスト増にはならず、パンタグラフを監視することができ、安全性が確保されると考えられる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明のパンタグラフ故障診断装置は、パンタグラフの故障を的確に検出することができる軌道式車両へ利用可能である。

本発明の実施例を示すパンタグラフ故障診断装置の模式図である。 本発明の実施例を示す電流検出器の取付部の一例を示す図（写真）である。 従来のパンタグラフの裏面図（写真）である。 本発明の実施例を示す電流検出器の取付状態を示す模式図である。 本発明にかかるパンタグラフ故障診断の説明図である。 従来のパンタグラフの集電および給電部の模式図である。 従来のコーベル線周りの斜視図である。

符号の説明

１ トロリ線
２ すり板
３ 舟体
４ 天井管
５ 枠組
６ パンタ台枠
７ 碍子
８ コーベル線
９ 第１の電流検出器（第１のセンサ）
１０ 配線
１１ 電力ケーブル
１２ 第２の電流検出器（第２のセンサ）
１３ 固定金具
１４ コーベル線端子台
１５ 締結具（ボルトとナット）
１６ 制御装置

Claims (2)

1. 軌道式車両への給電を行うためのパンタグラフ故障診断装置において、
   （ａ）舟体に接続されるコーベル線の電流を検出する第１の電流検出器と、
   （ｂ）集電電流を検出する第２の電流検出器と、
   （ｃ）前記第１の電流検出器からの検出電流と前記第２の電流検出器からの検出電流とを比較し、パンタグラフ故障と判断される場合には、警報信号を出力する制御装置とを具備することを特徴とするパンタグラフ故障診断装置。
2. 請求項１記載のパンタグラフ故障診断装置において、前記第１の電流検出器をコーベル線端子台のアーム部に配置することを特徴とするパンタグラフ故障診断装置。