JP4458355B2 - 集電装置の揚力制御構造 - Google Patents

Description

この発明は、鉄道車両の集電装置などに作用する揚力を制御する集電装置の揚力制御構造に関する。

図７は、従来の集電舟を備える集電装置の側面図である。図８は、従来の集電舟の側面図であり、図８（Ａ）はすり板の摩耗前の状態を示し、図８（Ｂ）はすり板の摩耗後の状態を示す。
図７及び図８に示す集電装置（パンタグラフ）１０３は、車両１０２の車体１０２ａの屋根上にがい子を介して設置される台枠１０４と、台枠１０４に支持される枠組１０５と、枠組１０５に支持される舟支え機構部１０６と、架線１０１のトロリ線１０１ａと接触するすり板１０７と、すり板１０７を取り付ける集電舟（舟体）１０８などを備えている。車両１０２がＡ方向に走行すると、集電装置１０３の各部材に働く空気力に起因して集電舟１０８に揚力±Ｌが発生する。特に、トロリ線１０１ａを支持する架線１０１が間隔をあけて支持点で支持されているため、支持点付近では集電装置１０３が架線１０１を押し上げる押上量が小さくなり、支持点間では集電装置１０３が架線１０１を押し上げる押上量が大きくなる。その結果、車両１０２がＡ方向に走行すると、集電装置１０３が上下方向に周期的に変動をするため、集電舟１０８に作用する気流の迎角θが常に変化し揚力±Ｌが作用してしまう。この揚力±Ｌは、トロリ線１０１ａとすり板１０７との接触力の増加分に相当する力であり速度の二乗に比例する。集電舟１０８には、揚力±Ｌの安定性と空力音の低減とが要求されている。揚力±Ｌの安定化を図るためには、集電舟１０８に対する気流の迎角θが常に変化しても、揚力±Ｌは迎角θに関わらず一定である必要がある。空力音の低減を図るためには、集電舟１０８の断面形状を流線型にすることが好ましいが、迎角θの変化に揚力±Ｌが敏感に反応し、図８（Ｂ）に示すようにすり板１０７が摩耗して集電舟１０８の外観形状が変化すると、この集電舟１０８の周囲の空気の流れが変化して揚力±Ｌの変化の要因となる。このため、集電舟１０８の前縁部から空気を噴き出し又は吸い込むことで気流を変化させ、揚力±Ｌを制御する揚力制御構造がある。

従来の集電装置の揚力制御構造は、集電舟の前縁部の上側に形成された上側空気孔と、集電舟の前縁部の下側に形成された下側空気孔と、上側空気孔と接続する上側空気管と、下側空気孔と接続する下側空気管と、上側空気管からの空気の吐き出し量及び吸い込み量を調整する上側絞り弁と、下側空気管からの空気の吐出し量及び吸い込み量を調整する下側絞り弁と、上側空気管及び下側空気管に接続される空気だめと、上側空気管及び下側空気管に圧縮空気を供給するとともに上側空気管及び下側空気管から空気を吸い込むコンプレッサなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の集電装置の揚力制御構造では、集電舟に作用する揚力を減少させるときには、上側空気孔からの空気の吐き出し量を増加させるか、下側空気孔からの空気の吸い込み量を減少させている。一方、このような従来の集電装置の揚力制御構造では、集電舟に作用する揚力を増加させるときには、上側空気孔からの空気の吐き出し量を減少させるか、下側空気孔からの空気の吸い込み量を増加させている。

特開2000-270403号公報

従来の集電装置の揚力制御構造では、境界層の剥離をコントロールするために集電舟の前縁部で空気を吸排気しているが、この前提条件として集電舟の少なくとも前半分程度が流線型である必要がある。このため、従来の集電装置の揚力制御構造では、最初から流れが剥がれるような角がある集電舟の形状には適用できない問題点がある。また、従来の集電装置の揚力制御構造では、空気を排出するときに層流境界層が乱流境界層へ遷移するため、若干音が大きくなる可能性があるという問題点があった。

この発明の課題は、簡単な構造によって集電装置に作用する揚力を抑制することができる集電装置の揚力制御構造を提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、集電装置（３）に作用する揚力（±Ｌ）を制御する集電装置の揚力制御構造であって、前記集電装置の集電舟（８）の前方の空気をこの集電舟に取り入れる空気取入部（９ａ）と、前記空気取入部から取り入れた空気を前記集電舟から排出する空気排出部（９ｂ，９ｃ）とを備え、前記空気取入部は、前記集電舟の前部から前記空気を取り入れる前側取入部（９ａ）を備え、前記空気排出部は、前記集電舟を上昇させる方向の揚力がこの集電舟に作用するときには、前記前側取入部からの空気をこの集電舟の上方に向かってこの集電舟の上部から排出する上側排出部（９ｂ）と、前記集電舟を下降させる方向の揚力がこの集電舟に作用するときには、前記前側取入部からの空気をこの集電舟の下方に向かってこの集電舟の下部から排出する下側排出部（９ｃ）とを備えることを特徴とする集電装置の揚力制御構造（９）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の集電装置の揚力制御構造において、前記前側取入部から前記上側排出部に前記空気を導く上側流路（９ｅ）と、前記前側取入部から前記下側排出部に前記空気を導く下側流路（９ｆ）と、前記上側流路を開閉する上側開閉弁（９ｇ）と、前記下側流路を開閉する下側開閉弁（９ｈ）と、前記集電舟を上昇させる方向の揚力（＋Ｌ）がこの集電舟に作用するときには、前記下側開閉弁が閉鎖して前記上側開閉弁が開放し、前記集電舟を下降させる方向の揚力（−Ｌ）がこの集電舟に作用するときには、前記上側開閉弁が閉鎖して前記下側開閉弁が開放するように、この上側開閉弁及びこの下側開閉弁を制御する制御部（９ｒ）とを備えることを特徴とする集電装置の揚力制御構造である。

請求項３の発明は、請求項２に記載の集電装置の揚力制御構造において、前記上側開閉弁及び前記下側開閉弁は、流体圧を作用させる作用管（９ｋ，９ｍ）に接続されており、この流体圧に応じて前記上側流路及び前記下側流路を開閉することを特徴とする集電装置の揚力制御構造である。

請求項４の発明は、集電装置（３）に作用する揚力（±Ｌ）を制御する集電装置の揚力制御構造であって、前記集電装置の集電舟（８）の前方の空気をこの集電舟に取り入れる空気取入部（１０ａ，１０ｂ）と、前記空気取入部から取り入れた空気を前記集電舟から排出する空気排出部（９ｂ，９ｃ）とを備え、前記空気取入部は、前記集電舟の前部の斜め下方から前記空気を取り入れる下側取入部（１０ａ）と、前記集電舟の前部の斜め上方から前記空気を取り入れる上側取入部（１０ｂ）とを備え、前記空気排出部は、気流の迎角（θ）が正の値となり前記集電舟を上昇させる方向の揚力（＋Ｌ）がこの集電舟に作用するときには、前記下側取入部からの空気をこの集電舟の上方に向かってこの集電舟の上部から排出する上側排出部（１０ｃ）と、気流の迎角（θ）が負の値となり前記集電舟を下降させる方向の揚力（−Ｌ）がこの集電舟に作用するときには、前記上側取入部からの空気をこの集電舟の下方に向かってこの集電舟の下部から排出する下側排出部（１０ｄ）とを備えることを特徴とする集電装置の揚力制御構造（１０）である。

請求項５の発明は、集電装置（３）に作用する揚力（±Ｌ）を制御する集電装置の揚力制御構造であって、前記集電装置の集電舟（８）の前方の空気をこの集電舟に取り入れる空気取入部（１１ａ）と、前記空気取入部から取り入れた空気を前記集電舟から排出する空気排出部とを備え、前記空気取入部は、前記集電舟の前部から前記空気を取り入れる前側取入部（１１ａ）を備え、前記空気排出部は、前記集電舟に取り付けられてトロリ線（１ａ）と接触するすり板（７）が所定量摩耗したときに貫通して、前記前側取入部からの空気をこのすり板の上方に向かってこのすり板の上部から排出する上側排出予定部（１１ｂ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力制御構造（１１）である。

この発明によると、簡単な構造により集電舟に作用する揚力を抑制することができる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力制御構造を備える集電装置を模式的に示す構成図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の構成図である。
図１に示す架線１は、線路上空に架設される架空電車線であり、所定の間隔をあけて支持点で支持されている。トロリ線１ａは、集電装置３が接触移動する電線であり、集電装置３が摺動することによって車両２に負荷電流を供給する。車両２は、電車や電気機関車などの電気車であり、例えば高速で走行する新幹線などの鉄道車両である。車体２ａは、乗客を積載し輸送するための構造物である。

集電装置３は、トロリ線１ａから電力を車両２に導くための装置であり、台枠４と、枠組５と、舟支え機構部６と、すり板７と、集電舟８などを備えている。台枠４は、枠組５を支持して車体２ａの屋根上に設置される部分であり、枠組５は集電舟８を支持した状態で上下方向に動作可能なリンク機構である。舟支え機構部６は、集電舟８を架線１に対して水平に押上げるとともに、ばね６ｃによる緩衝作用を与える機構部であり、台枠４に備えられている図示しない押上げ用ばねによって上方に押上げられる。舟支え機構部６は、例えば、押し上げ力を発生するシリンダ６ａと、シリンダ６ａ内で昇降自在であり集電舟８と一体に形成され集電舟８とばね６ｃとをつなぐピストンロッド６ｂと、シリンダ６ａ内に収容されピストンロッド６ｂを上昇する方向に付勢するばね６ｃなどを備えている。すり板７は、集電舟８に取り付けられトロリ線１ａと接触する部材である。図１に示す集電装置３は、車両２の進行方向に対して非対称であり、空力的性能から高速使用時には一方向だけで使用可能なシングルアーム式パンタグラフの例である。

集電舟８は、すり板７を取り付ける部分である。集電舟８は、一般に弓形で細長い金属製の部材であり、軌道面と平行に配置され架線１の長さ方向と直交して配置されている。集電舟８には、図１に示すように、車両２がＡ方向に移動したときに気流の迎角θが変化すると揚力±Ｌがこの集電舟８に作用する。ここで、迎角θは、集電舟８の前後方向と気流の方向とのなす角である。集電舟８には、図１及び図２に示すように、気流の迎角θが正の値（集電舟８の前方から後方に向かって気流が斜め上方向）であるときには、この集電舟８を上昇させる方向を正とする揚力＋Ｌがこの集電舟８に作用する。一方、集電舟８には、気流の迎角θが負の値（集電舟８の前方から後方に向かって気流が斜め下方向）であるときには、この集電舟８を下降させる方向を負とする揚力−Ｌがこの集電舟８に作用する。集電舟８は、図２に示す揚力制御構造９を備えている。

揚力制御構造９は、集電舟８に作用する揚力±Ｌを制御する構造であり、図２に示すように、取入部９ａと、排出部９ｂ，９ｃと、流路９ｄ〜９ｆと、開閉弁９ｇ，９ｈと、空気圧調整部９ｉ，９ｊと、流路９ｋ，９ｍと、撓み検出部９ｎ，９ｐと、揚力演算部９ｑと、制御部９ｒなどを備えている。揚力制御構造９は、図２に示すように、集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌがこの集電舟８に作用するときには、この集電舟８の上側から空気を噴出し、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌがこの集電舟８に作用するときには、この集電舟８の下側から空気を噴出する。

取入部９ａは、集電舟８の前方の空気をこの集電舟８に取り入れる取入口であり、集電舟８の前部から空気を取り入れる。取入部９ａは、集電舟８の前方の淀み点付近に形成されており、集電舟８の前縁部の長さ方向（車両２の幅方向）に沿って間隔をあけて多数形成されている。

排出部９ｂ，９ｃは、取入部９ａから取り入れた空気を集電舟８から上方及び／又は下方に向かって排出する排出口である。排出部９ｂは、集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌがこの集電舟８に作用するときに、取入部９ａからの空気を集電舟８の上方に向かって集電舟８の上部から排出する。排出部９ｂは、集電舟８のすり板７の取付部の後方に形成されており、集電舟８の上面に長さ方向に沿って多数形成されている。排出部９ｂは、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌが下向きに作用するときに、取入部９ａからの空気をこの集電舟８の下方に向かってこの集電舟８の下部から排出し、集電舟８の下面に長さ方向に沿って多数形成されている。

流路９ｄは、取入部９ａから空気を導入する管路であり、下流側の端部が流路９ｅと流路９ｆとに分岐しており取入部９ａからの空気を流路９ｅ，９ｆに導く。流路９ｅは、取入部９ａから排出部９ｂに空気を導く管路であり、流路９ｆは取入部９ａから排出部９ｂに空気を導く管路である。流路９ｄ〜９ｆは、集電舟８の内部に配管されている。

開閉弁９ｇは、流路９ｅを開閉する装置であり、開閉弁９ｈは流路９ｆを開閉する装置である。開閉弁９ｇ，９ｈは、空気圧を作用させる流路９ｋ，９ｍに接続されており、この空気圧の大きさに応じて流路９ｅ，９ｆを開閉する空気圧駆動式のピンチバルブなどである。開閉弁９ｇ，９ｈは、空気圧調整部９ｉ，９ｊが流路９ｋ，９ｍ内の空気圧を上昇させたときには、流路９ｅ，９ｆの弾力性を有する部分の弾性力に対抗してこの部分を締め付け流路９ｅ，９ｆを閉鎖する。一方、開閉弁９ｇ，９ｈは、空気圧調整部９ｉ，９ｊが流路９ｋ，９ｍ内の空気圧を低下させたときには締付力が低下するため、流路９ｅ，９ｆの可撓性を有する部分の弾性力によって流路９ｅ，９ｆを開放する。

空気圧調整部９ｉ，９ｊは、流路９ｋ，９ｍ内の空気圧を調整するレギュレータなどである。空気圧調整部９ｉは、流路９ｋ内の空気圧を調整して開閉弁９ｇを開閉し、空気圧調整部９ｊは、流路９ｍ内の空気圧を調整して開閉弁９ｈを開閉する。流路９ｋは、空気圧調整部９ｉと開閉弁９ｇとを接続する管路であり、流路９ｍは空気圧調整部９ｊと開閉弁９ｈとを接続する管路である。空気圧調整部９ｉ，９ｊは、台枠４内に収容されており、流路９ｋ，９ｍは台枠４内から枠組５に沿って集電舟８内まで配管されている。ただし、空気圧調整部９ｉ，９ｊは車体２ａに内蔵してもよい。このとき、流路９ｋ，９ｍはがい子を経て台枠４、枠組５を通って集電舟８内へ配管される。

撓み検出部９ｎは、舟支え機構部６のばね６ｃの撓みを検出するセンサであり、撓み検出部９ｐは集電舟８の撓みを検出するセンサである。撓み検出部９ｎ，９ｐは、検出結果を撓み検出信号として揚力演算部９ｑに出力する。揚力演算部９ｑは、集電舟８に作用する揚力±Ｌを演算する部分であり、撓み検出部９ｎ，９ｐが出力する撓み検出信号に基づいて集電舟８に作用する揚力±Ｌを所定の演算式に基づいて演算する。

制御部９ｒは、開閉弁９ｇ，９ｈの開閉動作を制御する部分である。制御部９ｒは、集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌがこの集電舟８に作用するときには、開閉弁９ｈが閉鎖して開閉弁９ｇが開放し、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌがこの集電舟８に作用するときには、開閉弁９ｇが閉鎖して開閉弁９ｈが開放するように、これらの開閉弁９ｇ，９ｈを制御する。制御部９ｒは、揚力演算部９ｑが演算した揚力±Ｌの大きさ及び方向に基づいて、空気圧調整部９ｉ，９ｊに動作を指令して流路９ｋ，９ｍ内の空気圧を調整して、開閉弁９ｇ，９ｈの開閉動作を制御する。

次に、この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の動作を説明する。図３は、この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップ（以下Ｓという）１００において、揚力±Ｌの演算が開始される。図１に示すように、車両２がＡ方向に走行すると集電舟８に揚力±Ｌが作用し、ばね６ｃが撓むとともに集電舟８が撓む。その結果、撓み検出部９ｎがばね６ｃの撓みを検出して撓み検出信号を揚力演算部９ｑに出力するとともに、撓み検出部９ｐが集電舟８のたわみを検出して撓み検出信号を揚力演算部９ｑに出力する。ここで、慣性力の無視できる低周波数領域においては、トロリ線１ａとすり板７との間に作用する接触力Ｃには、以下に示す数１が成立する。

ここで、Ｌは、集電舟８に作用する揚力である。Ｗは、舟支え機構部６、すり板７及び集電舟８などの重力であり、すり板７の摩耗を無視すると重力Ｗは略一定値である。Ｓは、ばね６ｃの付勢力である。撓み検出部９ｎからの撓み検出信号に基づいて付勢力Ｓを揚力演算部９ｑが演算するとともに、撓み検出部９ｐからの撓み検出信号に基づいて接触力Ｃを揚力演算部９ｑが演算し、数１に基づいて揚力Ｌを揚力演算部９ｑが演算する。

Ｓ２００において、集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌがこの集電舟８に作用しているか否かが判断される。揚力演算部９ｑの演算結果に基づいて、集電舟８を上昇させる方向の揚力Ｌ＋が作用しているか、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌが作用しているかを制御部９ｒが判断する。集電舟８を上昇させる方向の揚力Ｌが作用しているときにはＳ３００に進み、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌが作用しているときにはＳ４００に進む。

Ｓ３００において、開閉弁９ｇが流路９ｅを開放し、開閉弁９ｈが流路９ｆを閉鎖する。集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌが作用していると制御部９ｒが判断したときには、流路９ｋ内の空気圧の下降を空気圧調整部９ｉに指令し、流路９ｍ内の空気圧の上昇を空気圧調整部９ｊに指令する。流路９ｋ内の空気圧が下降すると開閉弁９ｇが流路９ｅを開放し、流路９ｆ内の空気圧が上昇すると開閉弁９ｈが流路９ｆを閉鎖するため、集電舟８の前方の高圧の空気が取入部９ａから流路９ｄ，９ｅに流入し排出部９ｂから噴出する。このため、集電舟８の上方の空気圧が上昇して、揚力＋Ｌの作用方向とは反対方向にこの集電舟８を押し下げる力がこの集電舟８に作用し、この集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌが低下する。

Ｓ４００において、開閉弁９ｇが流路９ｅを閉鎖し、開閉弁９ｈが流路９ｆを開放する。集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌが作用していると制御部９ｒが判断したときには、流路９ｋ内の空気圧の上昇を空気圧調整部９ｉに指令し、流路９ｍ内の空気圧の下降を空気圧調整部９ｊに指令する。流路９ｋ内の空気圧が上昇すると開閉弁９ｇが流路９ｅを閉鎖し、流路９ｆ内の空気圧が下降すると開閉弁９ｈが流路９ｆを開放するため、集電舟８の前方の高圧の空気が取入部９ａから流路９ｄ，９ｆに流入し排出部９ｃから噴出する。このため、集電舟８の下方の空気圧が上昇して、揚力−Ｌの作用方向とは反対方向にこの集電舟８を押し上げる力がこの集電舟８に作用し、この集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌが低下する。

この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力制御構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、集電舟８の前方の空気をこの集電舟８に取入部９ａが取り入れ、取入部９ａから取り入れた空気を集電舟８から上方及び／又は下方に向かって排出部９ｂ，９ｃが排出する。このため、外部から空気を導入してこの空気を圧縮するためのコンプレッサなどの大規模な圧縮空気供給機器が必要なくなり、集電舟８の前方から高圧の空気を取り込む簡単な構造によって、集電舟８の周囲の空気の流れを制御することができる。その結果、高速走行時に問題となる集電装置３に作用する揚力±Ｌや空力音を抑制することができる。また、従来の集電装置の揚力制御構造のように集電舟の前方で空気を給排気する構造に比べて、集電舟８の上方及び／又は下方から空気を排出するため、集電舟８の後方の渦構造を壊すことができエオルス音を低減することができる。

(2) この第１実施形態では、集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌがこの集電舟８に作用するときには、取入部９ａからの空気を集電舟８の上方に向かって集電舟８の上部から排出部９ｂが排出する。また、この第１実施形態では、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌがこの集電舟８に作用するときには、取入部９ａからの空気を集電舟８の下方に向かって集電舟８の下部から排出部９ｃが排出する。その結果、集電舟８に作用する揚力±Ｌとは反対方向の力がこの集電舟８に作用するため、集電舟８に作用する揚力±Ｌの変化によって生ずるトロリ線１ａとすり板７との間の接触力の変動を抑制することができる。

(3) この第１実施形態では、集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌがこの集電舟８に作用するときには、開閉弁９ｈが閉鎖して開閉弁９ｇが開放し、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌがこの集電舟８に作用するときには、開閉弁９ｇが閉鎖して開閉弁９ｈが開放するように、これらの開閉弁９ｇ，９ｈを制御部９ｒが制御する。このため、開閉弁９ｇ，９ｈの簡単な開閉操作によって集電舟８に作用する揚力±Ｌを容易に抑制することができる。

(4) この第１実施形態では、空気圧を作用させる流路９ｋ，９ｍに開閉弁９ｇ，９ｈが接続されており、この空気圧に応じて流路９ｅ，９ｆを開閉弁９ｇ，９ｈが開閉する。その結果、高電圧下の集電舟８内では使用が困難である電気駆動式の絞り弁や電磁弁などとは異なり、開閉弁９ｇ，９ｈが空気圧駆動式であるため高電圧下でも手軽に使用することができる。

（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の構成図であり、図４（Ａ）は集電舟を上昇させる方向の揚力が作用している状態を示し、図４（Ｂ）は集電舟を下降させる方向の揚力が作用している状態を示す。以下では、図１〜図３に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。

図４に示す揚力制御構造１０は、取入部１０ａ，１０ｂと、排出部１０ｃ，１０ｄと、流路１０ｅ，１０ｆなどを備えている。取入部１０ａは、集電舟８の前部の斜め下方から空気を取り入れる取入口であり、取入部１０ｂは集電舟８の前部の斜め上方から空気を取り入れる取入口である。取入部１０ａ，１０ｂは、集電舟８の前縁部の長さ方向に沿って互い違いに間隔をあけて多数形成されている。排出部１０ｃは、図４（Ａ）に示すように、集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌがこの集電舟８に作用するときには、取入部１０ａからの空気を集電舟８の上方に向かって集電舟８の上部から排出する排出口である。排出部１０ｄは、図４（Ｂ）に示すように、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌがこの集電舟８に作用するときには、取入部１０ｂからの空気を集電舟８の下方に向かって集電舟８の下部から排出する排出口である。流路１０ｅは、取入部１０ａから取り入れた空気を排出部１０ｃに導く管路であり、流路１０ｆは取入部１０ｂから取り入れた空気を排出部１０ｄに導く管路である。

次に、この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の動作を説明する。
図４（Ａ）に示すように、集電舟８に対する気流の迎角θが正となってこの集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌがこの集電舟８に作用すると、集電舟８の取入部１０ａ付近の空気圧が上昇して、この付近の空気が取入部１０ａから流路１０ｅ内を通過し排出部１０ｃから集電舟８の上方に向かって排出する。その結果、排出部１０ｃ付近の空気圧が上昇して、集電舟８を押し下げる力が揚力＋Ｌとは反対方向に作用する。一方、図４（Ｂ）に示すように、集電舟８に対する気流の迎角θが負となってこの集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌがこの集電舟８に作用すると、この集電舟８の取入部１０ｂ付近の空気圧が上昇して、この付近の空気が取入部１０ｂから流路１０ｆ内を通過し排出部１０ｄから集電舟８の下方に向かって排出する。その結果、排出部１０ｄ付近の空気圧が上昇して、集電舟８を押し上げる力が揚力−Ｌとは反対方向に作用する。

この第２実施形態では、集電舟８の前縁部の上下に取入部１０ａ，１０ｂが形成されている。このため、気流の迎角θに応じて集電舟８の上下方向に自動的に空気を噴き出すようにすることができる。その結果、第１実施形態の効果に加えて、図２に示す開閉弁９ｇ，９ｈ、空気圧調整部９ｉ，９ｊ及び制御部９ｒなどが必要なくなり、構造をより一層簡単にすることができる。また、従来の集電装置の揚力制御構造のように集電舟の前方で空気を給排気する構造に比べて、集電舟８の上方及び／又は下方から空気を排出するため、集電舟８の後方の渦構造を壊すことができエオルス音を低減することができる。

（第３実施形態）
図５は、この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の構成図であり、図５（Ａ）はすり板の摩耗前の状態を示し、図５（Ｂ）はすり板の摩耗後の状態を示す。
図５に示す揚力制御構造１１は、取入部１１ａと、排出予定部１１ｂと、流路１１ｃ，１１ｄなどを備えている。取入部１１ａは、集電舟８の前部から空気を取り入れる取入口であり、集電舟８の前部から空気を取り入れる。取入部１１ａは、集電舟８の前縁部の長さ方向に沿って間隔をあけて多数形成されている。排出予定部１１ｂは、集電舟８に取り付けられてトロリ線１ａと接触するすり板７が所定量Δｄ摩耗したときに、取入部１１ａからの空気をすり板７の上方に向かってすり板７の上部から排出する排出口である。排出予定部１１ｂは、図５（Ａ）に示すように、すり板７が所定量Δｄ摩耗するまではすり板７の内部に埋没し、図５（Ｂ）に示すようにすり板７が所定量Δｄ摩耗するとすり板７の表面から露出する。排出予定部１１ｂは、すり板７の前側に形成されている。流路１１ｃ，１１ｄは、取入部１１ａから取り入れた空気を排出予定部１１ｂに導く管路である。流路１１ｃは、集電舟８内に配置されており、流路１１ｄは上流側の端部が流路１１ｃの下流側の端部と接続しておりすり板７内に形成されている。流路１１ｄは、図５（Ａ）に示すように、すり板７の集電舟８に取り付けられる側からすり板７のトロリ線１ａと接触する側の途中まで形成されており、流路１１ｄの底部には排出予定部１１ｂが形成されている。

次に、この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の動作を説明する。
図５（Ａ）に示すように、トロリ線１ａとすり板７とが接触した状態で、車両２がＡ方向に走行するとすり板７が徐々に摩耗する。すり板７が摩耗してすり板７の上部が平坦になると気流の流れが変化して、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌがこの集電舟８に作用する。図５（Ｂ）に示すように、すり板７が所定量Δｄ摩耗するとすり板７の上面に排出予定部１１ｂが露出する。このため、取入部１１ａの前方の高圧の空気が取入部１１ａから流路１１ｃ，１１ｄに流入し排出予定部１１ｂからすり板７の上方に向かって排出する。その結果、すり板７の上方の空気圧が変化して、集電舟８を押し上げる力が揚力−Ｌとは反対方向に作用する。

この第３実施形態では、すり板７のトロリ線１ａと接触する側に底部を有する流路１１ｄがすり板７の内部に予め形成されている。このため、第１実施形態の効果に加えて、すり板７が摩耗して揚力−Ｌが増加したときに、すり板７の摩耗量Δｄに応じて空気が吹き出して揚力−Ｌを抑制することができる。

（第４実施形態）
図６は、この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の構成図である。
図６に示す揚力制御構造９は、図２に示す取入部９ａを省略して、空気供給部９ｓと空気蓄積部９ｔなどを備えている。空気供給部９ｓは、空気蓄積部９ｔに空気を供給する空気圧縮機（コンプレッサ）などである。空気供給部９ｓは、空気蓄積部９ｔ内の空気圧が所定圧以下に低下すると動作してこの空気蓄積部９ｔ内に外部から空気を供給する。空気蓄積部９ｔは、排出部９ｂ，９ｃから排出する空気を蓄積する空気だめ（エアタンク）などである。空気蓄積部９ｔは、枠組５などに沿って配管された絶縁性のゴムチューブなどからなる流路９ｄに接続されている。空気供給部９ｓ及び空気蓄積部９ｔは、車両２内に収容されている。

次に、この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の動作を説明する。
集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌが作用していると制御部９ｒが判断したときには、開閉弁９ｇを開放させ開閉弁９ｈを閉鎖させて、空気蓄積部９ｔ内の高圧の空気を流路９ｄ，９ｅに流入させる。その結果、排出部９ｂから高圧の空気が噴出して集電舟８の上方の空気圧が上昇し、揚力＋Ｌの作用方向とは反対方向にこの集電舟８を押し下げる力がこの集電舟８に作用し、この集電舟８を上昇させる方向の揚力＋Ｌが低下する。一方、集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌが作用していると制御部９ｒが判断したときには、開閉弁９ｇを閉鎖させ開閉弁９ｈを開放させて、空気蓄積部９ｔ内の高圧の空気を流路９ｄ，９ｆに流入させる。その結果、排出部９ｃから高圧の空気が噴出して集電舟８の下方の空気圧が上昇し、揚力−Ｌの作用方向とは反対方向にこの集電舟８を押し上げる力がこの集電舟８に作用し、この集電舟８を下降させる方向の揚力−Ｌが低下する。

この発明の第４実施形態では、集電舟８から上方及び／又は下方に向かって排出部９ｂ，９ｃが空気を排出する。このため、従来の集電装置の揚力制御構造のように集電舟の前方で空気を給排気するために集電舟の前半分の形状を流線型にする必要がなくなって、集電舟８の前半分に角があり、最初から流れが剥がれるような形状であっても揚力±Ｌの制御を期待することができる。また、従来の集電装置の揚力制御構造のように集電舟の前方で空気を給排気する構造に比べて、集電舟８の上方及び／又は下方から空気を排出するため、集電舟８の後方の渦構造を壊すことができエオルス音を低減することができる。

（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、集電舟８の断面形状が流線形である場合を例に挙げて説明したが、断面形状が四角形の集電舟についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、集電舟８及びすり板７の片側に取入部９ａ，１０ａ，１０ｂ，１１ａを形成した場合を例に挙げて説明したが、集電舟８及びすり板７の両側に取入部を形成しこの取入部からの空気を排出部から排出させることもできる。この場合には、車両２が上下線のいずれの方向を走行する場合についても揚力±Ｌを制御することができる。

(2) この実施形態では、開閉弁９ｇ，９ｈによって流路９ｅ，９ｆを開閉しているが開度を可変して空気の噴射量を調整することもできる。また、この実施形態では、排出部９ｂ，１０ｃ，１０ｄ及び排出予定部１１ｂから空気を排出しているが、これらの排出部９ｂ，１０ｃ，１０ｄ及び排出予定部１１ｂにノズルを形成したり網状部材を設置したりすることもできる。

この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力制御構造を備える集電装置を模式的に示す側面図である。 この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の構成図である。 この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の構成図であり、（Ａ）は集電舟を上昇させる方向の揚力が作用している状態を示し、（Ｂ）は集電舟を下降させる方向の揚力が作用している状態を示す。 この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の構成図であり、（Ａ）はすり板の摩耗前の状態を示し、（Ｂ）はすり板の摩耗後の状態を示す。 この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力制御構造の構成図である。 従来の集電装置の側面図である。 従来の集電装置の側面図であり、（Ａ）はすり板の摩耗前の状態を示し、（Ｂ）はすり板の摩耗後の状態を示す。

符号の説明

１ 架線
１ａ トロリ線
２ 車両
２ａ 車体
３ 集電装置
７ すり板
８ 集電舟
９ 揚力制御構造
９ａ 取入部（前側取入部）
９ｂ 排出部（上側排出部）
９ｃ 排出部（下側排出部）
９ｅ 流路（上側流路）
９ｆ 流路（下側流路）
９ｇ 開閉弁（上側開閉弁）
９ｈ 開閉弁（下側開閉弁）
９ｋ，９ｍ 流路（作用管）
９ｒ 制御部
９ｓ 空気供給部
９ｔ 空気蓄積部
１０ 揚力制御構造
１０ａ 取入部（下側取入部）
１０ｂ 取入部（上側取入部）
１０ｃ 排出部（上側排出部）
１０ｄ 排出部（下側排出部）
１１ 揚力制御構造
１１ａ 取入部（前側取入部）
１１ｂ 排出予定部（上側排出予定部）
Ｌ 揚力
θ 迎角
Δｄ 摩耗量

Claims (5)

1. 集電装置に作用する揚力を制御する集電装置の揚力制御構造であって、
   前記集電装置の集電舟の前方の空気をこの集電舟に取り入れる空気取入部と、
   前記空気取入部から取り入れた空気を前記集電舟から排出する空気排出部とを備え、
   前記空気取入部は、前記集電舟の前部から前記空気を取り入れる前側取入部を備え、
   前記空気排出部は、
   前記集電舟を上昇させる方向の揚力がこの集電舟に作用するときには、前記前側取入部からの空気をこの集電舟の上方に向かってこの集電舟の上部から排出する上側排出部と、
   前記集電舟を下降させる方向の揚力がこの集電舟に作用するときには、前記前側取入部からの空気をこの集電舟の下方に向かってこの集電舟の下部から排出する下側排出部とを備えること、
   を特徴とする集電装置の揚力制御構造。
2. 請求項１に記載の集電装置の揚力制御構造において、
   前記前側取入部から前記上側排出部に前記空気を導く上側流路と、
   前記前側取入部から前記下側排出部に前記空気を導く下側流路と、
   前記上側流路を開閉する上側開閉弁と、
   前記下側流路を開閉する下側開閉弁と、
   前記集電舟を上昇させる方向の揚力がこの集電舟に作用するときには、前記下側開閉弁が閉鎖して前記上側開閉弁が開放し、前記集電舟を下降させる方向の揚力がこの集電舟に作用するときには、前記上側開閉弁が閉鎖して前記下側開閉弁が開放するように、この上側開閉弁及びこの下側開閉弁を制御する制御部とを備えること、
   を特徴とする集電装置の揚力制御構造。
3. 請求項２に記載の集電装置の揚力制御構造において、
   前記上側開閉弁及び前記下側開閉弁は、流体圧を作用させる作用管に接続されており、この流体圧に応じて前記上側流路及び前記下側流路を開閉すること、
   を特徴とする集電装置の揚力制御構造。
4. 集電装置に作用する揚力を制御する集電装置の揚力制御構造であって、
   前記集電装置の集電舟の前方の空気をこの集電舟に取り入れる空気取入部と、
   前記空気取入部から取り入れた空気を前記集電舟から排出する空気排出部とを備え、
   前記空気取入部は、
   前記集電舟の前部の斜め下方から前記空気を取り入れる下側取入部と、
   前記集電舟の前部の斜め上方から前記空気を取り入れる上側取入部とを備え、
   前記空気排出部は、
   気流の迎角が正の値となり前記集電舟を上昇させる方向の揚力がこの集電舟に作用するときには、前記下側取入部からの空気をこの集電舟の上方に向かってこの集電舟の上部から排出する上側排出部と、
   気流の迎角が負の値となり前記集電舟を下降させる方向の揚力がこの集電舟に作用するときには、前記上側取入部からの空気をこの集電舟の下方に向かってこの集電舟の下部から排出する下側排出部とを備えること、
   を特徴とする集電装置の揚力制御構造。
5. 集電装置に作用する揚力を制御する集電装置の揚力制御構造であって、
   前記集電装置の集電舟の前方の空気をこの集電舟に取り入れる空気取入部と、
   前記空気取入部から取り入れた空気を前記集電舟から排出する空気排出部とを備え、
   前記空気取入部は、前記集電舟の前部から前記空気を取り入れる前側取入部を備え、
   前記空気排出部は、前記集電舟に取り付けられてトロリ線と接触するすり板が所定量摩耗したときに貫通して、前記前側取入部からの空気をこのすり板の上方に向かってこのすり板の上部から排出する上側排出予定部を備えること、
   を特徴とする集電装置の揚力制御構造。

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