JP4753669B2

JP4753669B2 - パンタグラフ揚力測定装置

Info

Publication number: JP4753669B2
Application number: JP2005256424A
Authority: JP
Inventors: 健之末木; 幸夫西山; 充池田
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: JP2007071578A

Description

この発明は、パンタグラフに作用するパンタグラフ揚力を測定するパンタグラフ揚力測定装置に関する。

風洞試験装置では、気流が流れる測定部に模型車両を設置して車両に作用する空気力や車両から発生する空力騒音を測定したり、測定部にパンタグラフを設置してパンタグラフ揚力や集電系の空力騒音などを測定したりしている（例えば、非特許文献１参照）。

前田達夫、近藤善彦、RRR、財団法人研友社、2004年７月１日、第21頁

図１２は、パンタグラフ揚力を測定する手法を示す模式図である。
走行する電車や機関車などの電気車では、パンタグラフに作用する空気力によってパンタグラフのすり板が架線のトロリ線を押上げる力（押上力）が変化する。この押上力の変化分をパンタグラフ揚力と称し、押上力が増加するときの符号を正とする。図１２に示す従来のパンタグラフ揚力測定装置１１５は、パンタグラフ１０１のすり板１０２が取り付けられた集電舟１０３とパンタグラフ１０１の台枠１１３との間に配置され、パンタグラフ１０１に作用するパンタグラフ揚力を測定するためのロードセル１１６と、集電舟１０３とロードセル１１６とを連結するワイヤ１１７と、ワイヤ１１７を集電舟１０３に接続するための治具１１８などを備えている。このような従来のパンタグラフ測定装置１１５では、集電舟１０３と台枠１１３とをロードセル１１６及びワイヤ１１７によって連結して、パンタグラフ１０１の高さを一定にしている。従来のパンタグラフ揚力測定装置１１５では、風洞試験装置内のパンタグラフ１０１に装着された状態で気流を流し、パンタグラフ１０１に作用するパンタグラフ揚力が測定されるとともに、このパンタグラフ１０１から発生する騒音を騒音測定装置によって測定している。しかし、従来のパンタグラフ揚力測定装置１１５では、ロードセル１１６及びワイヤ１１７に空気力が作用するとともに、治具１１８を集電舟１０３に取り付ける必要があるため、集電舟１０３のまわりの空気の流れが治具１１８のために変化してしまう場合があり、パンタグラフ１０１に作用するパンタグラフ揚力をロードセル１１６によって正確に測定できない問題点があった。また、従来のパンタグラフ揚力測定装置１１５では、ロードセル１１６、ワイヤ１１７及び治具１１８から騒音が発生するため、パンタグラフ１０１の正確な空力音を測定するためにはロードセル１１６、ワイヤ１１７及び治具１１８を取り外してパンタグラフ揚力の測定とは別に騒音を測定する必要がある。このため、騒音測定時にはパンタグラフ１０１の状態をパンタグラフ揚力測定時と同じ条件に調整する必要があり、調整に手間がかかり試験回数が増加する問題点があった。

この発明の課題は、気流による影響を受けず空力音と同時にパンタグラフ揚力を正確に測定することができるパンタグラフ揚力測定装置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、パンタグラフ（１）に作用するパンタグラフ揚力を測定するパンタグラフ揚力測定装置であって、前記パンタグラフの主軸（６）のてこ部（６ｄ）とこのパンタグラフの固定部（１３ｅ）との間に作用する荷重を検出し、前記パンタグラフ揚力を検出するパンタグラフ揚力検出部（１６）と、前記てこ部と前記固定部との間に前記パンタグラフ揚力検出部を連結する連結部（１７，１８）とを備え、前記パンタグラフ揚力検出部及び前記連結部は、前記パンタグラフの風防部（１２）に覆われていることを特徴とするパンタグラフ揚力測定装置（１５）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載のパンタグラフ揚力測定装置であって、前記パンタグラフの集電舟（３）の高さを所定の高さに調整するために、前記てこ部と前記固定部との間の間隔を調整する間隔調整部（１８ｃ）を備えることを特徴とするパンタグラフ揚力測定装置である。

請求項３の発明は、請求項２に記載のパンタグラフ揚力測定装置において、前記間隔調整部は、前記てこ部と前記固定部との間の間隔を調整するための駆動力を外部操作によって自動的に発生する駆動力発生部（１８ｎ）を備えることを特徴とするパンタグラフ揚力測定装置である。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のパンタグラフ揚力測定装置において、前記パンタグラフの集電舟の振動を検出する振動検出部（２７）の検出結果に基づいて、前記パンタグラフ揚力を演算するパンタグラフ揚力演算部（２０）の演算結果を補正する補正部（３０）を備えることを特徴とするパンタグラフ揚力測定装置である。

この発明によると、気流による影響を受けず空力音の測定と同時にパンタグラフ揚力を正確に測定することができる。

（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実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置が取り付けられたパンタグラフを模式的に示す斜視図である。

図１に示すパンタグラフ１は、架線のトロリ線から車両に電力を導く集電装置である。パンタグラフ１は、すり板２と、集電舟（舟体）３と、舟支え機構部４と、枠組５と、主軸６と、主ばね７と、かぎ装置８と、かぎシリンダ装置９と、下げシリンダ装置１０と、風防部１２と、台枠１３と、ダンパ装置１４などを備えている。パンタグラフ１は、主ばね７の付勢力に抗して下げシリンダ装置１０が主軸６をＡ₂方向に回転すると、集電舟３及び枠組５が下降して舟支え機構部４をかぎ装置８が連結し使用状態から折畳状態になる。一方、パンタグラフ１は、かぎ装置８をかぎシリンダ装置９が駆動して舟支え機構部４をかぎ装置８が解放すると、主ばね７の付勢力によって主軸６がＡ₁方向に回転して集電舟３及び枠組５が上昇し折畳状態から使用状態になる。図１に示すパンタグラフ１は、車両の進行方向に対して非対称であり、一方向又は両方向に使用可能なシングルアーム型パンタグラフである。パンタグラフ１は、例えば、風洞試験装置の気流が流れる風洞測定部内に配置されたときに、この気流の流れによって生ずる挙動をこの風洞試験装置によって測定される。

すり板２は、トロリ線と接触する部材であり、車両の進行方向と直交する方向に伸びた金属製又は炭素製の板状部材である。集電舟３は、すり板２を取り付け支持する部材であり、一般にトロリ線と直交する方向に伸びた細長い金属製の部材である。舟支え機構部４は、集電舟３を支持する機構部であり、集電舟３を架線に対して水平に押上げるとともに、集電舟３にばねによる緩衝作用を与える。舟支え機構部４は、図中破線で示すように、かぎ装置８の先端部と連結及び解放する掛け止め部４ａが形成されている。

枠組５は、集電舟３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り、上枠５ａと、下枠５ｂと、舟支えリンク５ｃと、釣り合い棒５ｄなどを備えている。枠組５は、上端が舟支え機構部４に回転自在に連結され、他端が主軸６に固定されており、筒状の上枠５ａ内に舟支えリンク５ｃを収納し、筒状の下枠５ｂ内に釣り合い棒５ｄを収納している。上枠５ａは、舟支え機構部４に回転自在に連結される部材であり、下枠５ｂは一端が上枠５ａに回転自在に連結され、他端が主軸６のてこ部６ａに固定される部材である。舟支えリンク５ｃは、集電舟３及び舟支え機構部４を所定の姿勢に維持するための部材であり、一端が舟支え機構部４に回転自在に連結され、他端が下枠５ｂに回転自在に連結されている。釣り合い棒５ｄは、一端が上枠５ａに回転自在に連結され、他端が台枠１３の支持部１３ａに回転自在に連結されている。

主軸６は、枠組５の昇降動作に連動して正逆方向(Ａ₁，Ａ₂方向)に回転する部材であり、台枠１３の支持部１３ｂに回転自在に支持されている。主軸６は、枠組５の下枠５ｂが連結されるてこ部６ａと、主ばね７が連結されるてこ部６ｂと、下げシリンダ装置１０のピストンロッド１０ａが連結されるてこ部６ｃと、連結部１７のてこ部１７ａが連結されるてこ部６ｄなどを備えている。てこ部６ａ〜６ｄは、主軸６を支点として主軸６と一体となって回転する。

主ばね７は、パンタグラフ１に上昇力を付与する部材である。主ばね７は、主軸６がＡ₁方向に回転して枠組５が上昇するようにこの主軸６を付勢しており、一端が台枠１３の支持部１３ｄに回転自在に連結され他端が主軸６のてこ部６ｂに回転自在に連結されている。

かぎ装置８は、舟支え機構部４を連結及び解放する部材である。かぎ装置８は、舟支え機構部４の掛け止め部４ａと連結及び解放するかぎ８ａと、このかぎ８ａを掛け止め部４ａと連結する方向に付勢するばね８ｂなどを備えている。かぎ装置８は、パンタグラフ１が下降したときには舟支え機構部４の掛け止め部４ａにかぎ８ａをばね８ｂの付勢力によって連結してパンタグラフ１を折畳状態にする。一方、かぎ装置８は、パンタグラフ１が上昇するときには舟支え機構部４の掛け止め部４ａからかぎ８ａを解放してパンタグラフ１を使用状態にする。

かぎシリンダ装置９は、かぎ装置８を駆動する部材であり、舟支え機構部４の掛け止め部４ａからかぎ装置８のかぎ８ａを解放させるための駆動力を発生する空気圧シリンダなどである。かぎシリンダ装置９は、パンタグラフ１を折畳状態から使用状態に切り替えるときには、支持部１３ｃを回転中心としてＢ方向にかぎ８ａを回転させて、ばね８ｂの付勢力に抗して掛け止め部４ａからかぎ８ａを解放する。

下げシリンダ装置１０は、主軸６を回転駆動する部材であり、パンタグラフ１を下降させるときに主ばね７の付勢力に抗して主軸６をＡ₂方向に回転させる空気圧シリンダなどである。下げシリンダ装置１０は、Ｃ方向に進退するピストンロッド１０ａを備えている。下げシリンダ装置１０は、パンタグラフ１が使用状態（通常時）であるときにはピストンロッド１０ａが主軸６のてこ部６ｃから離れている。下げシリンダ装置１１は、パンタグラフ１を使用状態から折畳状態に切り替えるとき（下げ動作時）には、ピストンロッド１０ａの先端部を主軸６のてこ部６ｃに押し付けて、主ばね７の付勢力に抗して主軸６をＡ₂方向に回転させる。

風防部１２は、気流の乱れを防ぐ部材である。風防部１２は、主軸６、主ばね７、かぎ装置８、かぎシリンダ装置９及び下げシリンダ装置１０などを覆うカバーであり、これらの部材に気流が当たるのを防ぐ。風防部１２は、気流の流れを妨げないような形状に形成されている。

台枠１３は、車体の屋根上に支持される部材であり、枠組５、主軸６、主ばね７、かぎ装置８、かぎシリンダ装置９及び下げシリンダ装置１０などを支持し、車体との間を電気的に絶縁する碍子上に設置されている。台枠１３は、枠組５の釣り合い棒５ｄを回転自在に支持する支持部１３ａと、主軸６の両端部を回転自在に支持する支持部１３ｂと、かぎ装置８を回転自在に支持する支持部１３ｃと、主ばね７の一端部を回転自在に支持する支持部１３ｄと、連結部１８の円環部１８ｇを固定する固定部１３ｅとを備えている。

図中二点鎖線で示すダンパ装置１４は、枠組５の上下方向の振動を減衰させる部材であり、一端が台枠１３の固定部１３ｅに連結され他端が主軸６のてこ部６ｄに連結されている。ダンパ装置１４は、風洞試験時にはパンタグラフ１から取り外される。

図２は、この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置のパンタグラフ揚力検出部及び連結部の平面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置のパンタグラフ揚力検出部及び連結部の側面図である。
図１〜図３に示すパンタグラフ揚力測定装置１５は、パンタグラフ揚力を測定する装置である。パンタグラフ揚力測定装置１５は、気流の流れによってパンタグラフ１を昇降させる方向の空気力がこのパンタグラフ１に作用したときに、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間に作用する荷重を検出して、この検出結果に基づいてパンタグラフ揚力を演算する。パンタグラフ揚力測定装置１５は、図１〜図３に示すパンタグラフ揚力検出部１６と、連結部１７，１８と、図１に示す信号処理部１９と、パンタグラフ揚力演算部２０と、記録部２１と、表示部２２と、印刷部２３と、制御部２４などを備えている。

図１〜図３に示すパンタグラフ揚力検出部１６は、パンタグラフ揚力を検出する手段であり、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間に作用する荷重を検出する。パンタグラフ揚力検出部１６は、荷重が加わることによって発生する機械的な変位を電気信号に変換する機械電気変換素子であり、ひずみに応じて電気抵抗が変化し電圧が変化するロードセルなどである。パンタグラフ揚力検出部１６は、図１に示すように、気流が直接当たらず空気力の影響を受けないように風防部１２に覆われており、図１の二点鎖線で示すダンパ装置１４を取り外した後のパンタグラフ１に装着される。パンタグラフ揚力検出部１６は、図３に示すように両端部に雌ねじ部１６ａ，１６ｂが形成されている。パンタグラフ揚力検出部１６は、図１に示すように、検出した荷重に応じた電気信号を荷重検出信号として信号処理部１９に出力する。

図１〜図３に示す連結部１７，１８は、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間にパンタグラフ揚力検出部１６を連結する手段である。連結部１７，１８は、図１に示すように、気流が直接当たらず空気力の影響を受けないように風防部１２に覆われており、図１の二点鎖線で示すダンパ装置１４を取り外した後のパンタグラフ１にパンタグラフ揚力検出部１６とともに装着される。

連結部１７は、主軸６のてこ部６ｄとパンタグラフ揚力検出部１６とを連結する手段である。連結部１７は、図２及び図３に示すてこ部１７ａと、締結部材１７ｂと、連結軸１７ｃと、ナット１７ｄと、座金１７ｅと、図２に示す割ピン１７ｆと、図２及び図３に示す連結軸１７ｇと、ナット１７ｈと、図２に示す球面座１７ｉなどを備えている。

図２及び図３に示すてこ部１７ａは、主軸６のてこ部６ｄに装着されてこのてこ部６ｄと一体となって動作する板状部材である。てこ部１７ａは、図１の二点鎖線で示すダンパ装置１４が発生する力よりも大きな力がてこ部６ｄに作用したときにてこ部１７ａが耐えられるように、パンタグラフ１にあらかじめ取り付けられているてこ部１７ａを強化したものに変更して取り付けられている。てこ部１７ａは、図２に示すように、連結軸１７ｃが回転自在に貫通する軸受部１７ｊが形成されている。図２及び図３に示す締結部材１７ｂは、てこ部１７ａをてこ部６ｄに固定する部材である。締結部材１７ｂは、てこ部１７ａの支点となる側をてこ部６ｄに固定するボルト、ナット及び座金などである。

図２に示す連結軸１７ｃは、てこ部１７ａと連結軸１７ｇとを接続する軸である。連結軸１７ｃは、両端部に雄ねじ部１７ｋと貫通孔１７ｍとが形成されており、てこ部１７ａの軸受部１７ｊと嵌合する部分が大径に形成されている。ナット１７ｄは、連結軸１７ｃの雄ねじ部１７ｋと噛み合いこの連結軸１７ｃの両端部に装着される部材である。座金１７ｅは、ナット１７ｄと軸受部１７ｊとの間、及びナット１７ｄと球面座１７ｉとの間に挟み込まれる部材である。図３に示す割ピン１７ｆは、図２に示す連結軸１７ｃの貫通孔１７ｍに差し込まれる部材であり、ナット１７ｄが回転してこのナット１７ｄが緩むのを防止する。

図２及び図３に示す連結軸１７ｇは、パンタグラフ揚力検出部１６と連結軸１７ｃとを連結する部材である。連結軸１７ｇの一方の端部には、図３に示すように、パンタグラフ揚力検出部１６の雌ねじ部１６ａと噛み合う雄ねじ部１７ｎが形成されており、他方の端部には内周部が凹状球面である貫通孔１７ｐが形成されている。ナット１７ｈは、パンタグラフ揚力検出部１６の雌ねじ部１６ａと連結軸１７ｇの雄ねじ部１７ｎとが緩むのを防止する部材であり、雄ねじ部１７ｎに装着されている。

図２に示す球面座１７ｉは、連結軸１７ｃの長さ方向に連結軸１７ｇを傾斜可能にする環状部材である。球面座１７ｉの外周部には、連結軸１７ｇの貫通孔１７ｐの凹状の球面と摺動するように凸状の球面が形成されており、球面座１７ｉの内周部には連結軸１７ｃが回転自在に貫通する貫通孔１７ｑが形成されている。球面座１７ｉは、連結軸１７ｃ，１７ｇに過大な負荷が加わりこれらの連結軸１７ｃ，１７ｇが撓んだときに、連結軸１７ｃと連結軸１７ｇとが相対的にＤ₁，Ｄ₂方向に傾くのを許容することによって、これらの連結軸１７ｃ，１７ｇが破損するのを防止する。また、球面座１７ｉは、連結軸１７ｃと連結軸１７ｇとが相対的にＤ₁，Ｄ₂方向に回転するのを許容することによって、パンタグラフ揚力検出部１６にかかるねじりを防ぎ、パンタグラフ揚力検出部１６が破損するのを防止する。

連結部１８は、台枠１３の固定部１３ｅとパンタグラフ揚力検出部１６とを連結する手段である。連結部１８は、図２及び図３に示すように、連結軸１８ａ，１８ｂと間隔調整部１８ｃなどを備えている。

連結軸１８ａは、パンタグラフ揚力検出部１６と間隔調整部１８ｃとを連結する部材である。連結軸１８ａの一方の端部には、図３に示すように、パンタグラフ揚力検出部１６の雌ねじ部１６ｂと噛み合う雄ねじ部１８ｄが形成されており、他方の端部には間隔調整部１８ｃの雌ねじ部１８ｋと噛み合う雄ねじ部１８ｅが形成されている。

連結軸１８ｂは、台枠１３の固定部１３ｅと間隔調整部１８ｃとを連結する部材である。連結軸１８ｂの一方の端部には、間隔調整部１８ｃの雌ねじ部１８ｍと噛み合う雄ねじ部１８ｆが形成されている。連結軸１８ｂの他方の端部には、固定部１３ｅに円環部１８ｇが形成されており、連結軸１８ｂが中心軸回りに回転するのを規制するためにこの円環部１８ｇには固定部１３ｅが貫通している。

図４は、この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置における間隔調整部の原理を説明するための模式図であり、図４（Ａ）は集電舟の高さを高くした状態を示す模式図であり、図４（Ｂ）は集電舟の高さを低くした状態を示す模式図である。
図４に示す間隔調整部１８ｃは、パンタグラフ１の集電舟３の高さを所定の高さに調整するために、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔を調整する手段である。間隔調整部１８ｃは、図４（Ｂ）に示すように、集電舟３の高さを低くするときには、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔を広く調整し、図４（Ａ）に示すように集電舟３の高さを高くするときには、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔を狭く調整する。間隔調整部１８ｃは、図２及び図３に示すように、筒状部１８ｈと、ナット１８ｉ，１８ｊなどを備えている。筒状部１８ｈは、内周部に雌ねじ部１８ｋ，１８ｍが形成された筒ナット状の部材であり、図３に示すように雌ねじ部１８ｋ，１８ｍの一方は右ねじであり他方は左ねじである。ナット１８ｉ，１８ｊは、連結軸１８ａの雄ねじ部１８ｅ，１８ｆにそれぞれ装着されており、雄ねじ部１８ｅ，１８ｆと雌ねじ部１８ｋ，１８ｍとが緩むのを防止する。ナット１８ｏは、パンタグラフ揚力検出部１６の雌ねじ部１６ｂと連結軸１８ａの雄ねじ部１８ｄとが緩むのを防止する部材であり、雄ねじ部１８ｄに装着されている。

図１に示す信号処理部１９は、パンタグラフ揚力検出部１６の出力信号を処理する手段である。信号処理部１９は、例えば、パンタグラフ揚力検出部１６の出力信号（荷重検出信号）から所定の周波数成分を除去するフィルタ回路と、このフィルタ回路の出力信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路などを備えている。信号処理部１９は、処理後の荷重検出信号を制御部２４に出力する。

パンタグラフ揚力演算部２０は、パンタグラフ揚力検出部１６の検出結果に基づいてパンタグラフ揚力を演算する手段である。パンタグラフ揚力演算部２０は、所定のパンタグラフ揚力演算処理を実行し、信号処理部１９が出力する荷重検出信号に基づいてパンタグラフ１に作用するパンタグラフ揚力を演算する。パンタグラフ揚力演算部２０は、演算結果を揚力信号として制御部２４に出力する。

記録部２１は、パンタグラフ揚力演算部２０の演算結果を記録する手段である。記録部２１は、パンタグラフ揚力演算部２０が演算したパンタグラフ揚力を時系列の測定データとして記録するメモリなどである。表示部２２は、パンタグラフ揚力演算部２０の演算結果を表示する手段であり、画面上に演算結果を表示する表示装置などである。印刷部２３はパンタグラフ揚力演算部２０の演算結果を印刷する手段であり、演算結果を用紙に印刷する印刷装置などである。

制御部２４は、パンタグラフ揚力測定装置１５の種々の動作を処理する手段である。制御部２４は、例えば、パンタグラフ揚力検出部１６が出力する荷重検出信号に基づいてパンタグラフ揚力演算部２０にパンタグラフ揚力の演算を指令したり、パンタグラフ揚力演算部２０の演算結果の記録を記録部２１に指令したり、表示部２２に表示を指令したり、印刷部２３に印刷を指令したりする中央処理部(CPU)である。

次に、この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置の動作を説明する。
先ず、風洞試験装置内にパンタグラフ１を設置して風防部１２を取り外し、図１に二点鎖線で示すダンパ装置１４を取り外す。そして、図２及び図３に示すように、連結部１７のてこ部１７ａを締結部材１７ｂによって主軸６のてこ部６ｄに固定するとともに、連結部１８の円環部１８ｇを台枠１３の固定部１３ｅに固定して、パンタグラフ揚力検出部１６及び連結部１７，１８がパンタグラフ１に装着される。次に、連結部１８の雄ねじ部１８ｅ，１８ｆと間隔調整部１８ｃの雌ねじ部１８ｋ，１８ｍとの噛み合い量を調整する。その結果、図４に示すように、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔が変化するため、図１に示すＡ₁，Ａ₂方向に主軸６が回転して枠組５が昇降し、図４に示すようにパンタグラフ１の姿勢が変化し集電舟３の高さも変化する。

集電舟３の高さを調整した後に、図２及び図３に示すナット１８ｉ，１８ｊを締め付けて、集電舟３の高さを一定の高さに設定し、図１に示す風防部１２を台枠１３に装着する。この状態で、風洞試験装置内に気流を流すとパンタグラフ１を上昇又は下降させる方向の空気力が作用する。このとき、図１に示す主軸６にＡ₁，Ａ₂方向のトルクが発生し、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間に連結されたパンタグラフ揚力検出部１６及び連結部１７，１８に作用する荷重が変化する。その結果、パンタグラフ揚力検出部１６が出力する電気信号が変化し、このパンタグラフ揚力検出部１６の出力信号（荷重検出信号）に基づいて、パンタグラフ揚力をパンタグラフ揚力演算部２０が演算する。

図５は、この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置によるパンタグラフ揚力の測定結果を一例として示すグラフである。
図５に示す縦軸は、揚力平均値(N)であり、横軸は風速(km/h)であり、ワイヤ方式は図１２に示す従来のパンタグラフ揚力測定装置１１５のようなワイヤ１１７及び治具１１８を用いる測定方法であり、新方式は図１に示すパンタグラフ揚力測定装置１５のようなワイヤ１１７及び治具１１８を用いない測定方式である。図５に示すグラフは、パンタグラフ１，１０１の高さを同一にしたときのパンタグラフ揚力の測定結果である。図５に示すように、新方式では従来のワイヤ方式とほぼ同じ結果が得られていることがわかる。

図６は、この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置を備えるパンタグラフの騒音測定結果を一例として示すグラフである。
図６に示す縦軸は、騒音レベル(dB)であり、横軸は1/3オクターブバンド中心周波数(Hz)であり、ワイヤ方式は風速270km/h及び風速300km/hのときの騒音データであり、新方式は風速270km/h及び風速300km/hのときの騒音データである。図６に示すグラフは、パンタグラフ１，１０１の高さを同一にしたときの騒音測定結果である。図６に示すように、1/3オクターブバンド中心周波数が6.3kHzを超えるとワイヤ方式ではワイヤから発生する空力音のため騒音レベルが高くなっているが、新方式では騒音レベルが低下している。その結果、新方式では、パンタグラフ揚力検出部１６及び連結部１７，１８が気流の流れを遮ることがないためワイヤ方式に比べてパンタグラフ１の空力音を精度よく測定していることが分かる。

この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置には、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、パンタグラフ１の風防部１２にパンタグラフ揚力検出部１６が覆われている。このため、気流の影響を受けない場所にパンタグラフ揚力検出部１６が配置されており、パンタグラフ揚力検出部１６に空気力が作用するのを防ぐことができるとともに、パンタグラフ揚力検出部１６から空力音が発生するのを防ぐことができる。その結果、パンタグラフ揚力検出部１６が気流の影響を受けないため、パンタグラフ揚力と騒音を同時に正確に測定することができる。

(2) この第１実施形態では、パンタグラフ１の主軸６のてこ部６ｄとパンタグラフ１の固定部１３ｅとの間に作用する荷重をパンタグラフ揚力検出部１６が検出し、てこ部６ｄと固定部１３ｅとの間にこのパンタグラフ揚力検出部１６を連結する連結部１７，１８が風防部１２に覆われている。このため、パンタグラフ１のダンパ装置１４を取り外してパンタグラフ揚力検出部１６及び連結部１７，１８を簡単に装着してパンタグラフ揚力を測定することができる。また、気流の影響を受けない場所に連結部１７，１８が配置されているため、連結部１７，１８に空気力が作用するのを防ぐことができるとともに、パンタグラフ揚力検出部１６から空力音が発生するのを防ぐことができる。

(3) この第１実施形態では、パンタグラフ１の集電舟３の高さを所定の高さに調整するために、てこ部６ｄと固定部１３ｅとの間の間隔を間隔調整部１８ｃが調整する。このため、パンタグラフ１の高さを任意の高さに調整して、パンタグラフ揚力及び騒音を同時に測定することができる。

（第２実施形態）
図７は、この発明の第２実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置が取り付けられたパンタグラフを模式的に示す斜視図である。図８は、この発明の第２実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置のパンタグラフ揚力検出部及び連結部の平面図である。図９は、この発明の第２実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置のパンタグラフ揚力検出部及び連結部の側面図である。図１０は、図９のX-X線で切断した状態を示す断面図である。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７〜図１０に示すパンタグラフ揚力測定装置１５は、外部操作によって間隔調整部１８ｃを駆動して主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔を調整し、集電舟３の高さを任意の高さに調整してパンタグラフ揚力を測定する。パンタグラフ揚力測定装置１５は、図７に示すように、パンタグラフ揚力検出部１６と、連結部１７，１８と、信号処理部１９と、パンタグラフ揚力演算部２０と、記録部２１と、表示部２２と、印刷部２３と、制御部２４と、駆動操作部２５と、駆動状態検出部２６などを備えている。

間隔調整部１８ｃは、図８〜図１０に示すように、筒状部１８ｈと、駆動力発生部１８ｎと、締結部材１８ｐと、回転防止部１８ｑなどを備えており、図２に示すナット１８ｉ，１８ｊが省略されている。筒状部１８ｈは、外周部にフランジ部１８ｒを備えており、図９に示すようにこのフランジ部１８ｒには貫通孔１８ｓが形成されている。

駆動力発生部１８ｎは、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔を調整するための駆動力を外部操作によって発生する手段である。駆動力発生部１８ｎは、図９に示すように、筒状部１８ｈを回転駆動させて、筒状部１８ｈの雌ねじ部１８ｋ，１８ｍと連結軸１８ａ，１８ｂの雄ねじ部１８ｅ，１８ｆとの噛み合い量を調整し、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔を調整する。駆動力発生部１８ｎは、例えば、遠隔操作によって駆動力を発生する中空の電動モータなどであり、筒状部１８ｈの外周部に固定されこの筒状部１８ｈと一体となって回転する円環状の回転子１８ｔと、この回転子１８ｔと間隔をあけて配置され磁力によって回転子１８ｔを回転させる固定子１８ｕなどを備えている。

締結部材１８ｐは、駆動力発生部１８ｎの回転子１８ｔを筒状部１８ｈに固定する部材であり、フランジ部１８ｒの貫通孔１８ｓに挿入されるボルトなどである。回転防止部１８ｑは、駆動力発生部１８ｎの回転子１８ｔの反力を受ける固定子１８ｕが回転するのを防ぐ手段であり、図９及び図１０に示すように、ピン部１８ｖと凹部１８ｗとを備えている。ピン部１８ｖは、固定子１８ｕの外周部に固定されてこの外周部から突出する部材であり、凹部１８ｗはピン部１８ｖが嵌り込む部分であり、台枠１３に固定されている。凹部１８ｗは、主軸６のてこ部６ｄが回転して荷重の作用方向が変化したときにピン部１８ｖが脱落するのを防止するために、ピン部１８ｖとの間に隙間を形成するようにこのピン部１８ｖの直径よりも内径が大きく形成されている。凹部１８ｗは、回転子１８ｔが回転したときに連結軸１８ａ，１８ｂの軸方向にピン１８ｖが移動するため、連結軸１８ａ，１８ｂの軸方向に長い長穴形状に形成されている。

図９に示す回転防止部１８ｘは、駆動力発生部１８ｎの回転子１８ｔが回転したときにパンタグラフ揚力検出部１６が回転するのを防ぐ手段である。回転防止部１８ｘは、回転防止部１８ｑと同様の構造であり、図９では回転防止部１８ｘ側の部材のうち回転防止部１８ｑ側の部材と対応する部材には同一の番号を付して詳細な説明を省略する。回転防止部１８ｘは、ピン部１８ｖと、凹部１８ｗと、筒状部１８ｙとを備えている。筒状部１８ｙは、連結軸１８ａと一体となって回転する部材であり、パンタグラフ揚力検出部１６とナット１８ｏとの間に挿入され挟み込まれている。筒状部１８ｙの内周部には、連結軸１８ａが貫通しており、筒状部１８ｙの外周部にはピン１８ｖが固定され突出している。回転防止部１８ｘは、ピン１８ｖが凹部１８ｗに嵌り込み筒状部１８ｙの回転を規制しているため、駆動力発生部１８ｎの回転子１８ｔが回転したときに、連結軸１８ａが回転するのを防ぐとともにパンタグラフ揚力検出部１６が回転するのを防ぐ。

図７に示す駆動操作部２５は、駆動力発生部１８ｎを外部から駆動操作する手段である。駆動操作部２５は、気流の影響を受けないように風洞試験装置の風洞測定部から離れて配置されている。駆動操作部２５は、手動操作又は自動操作されることによって駆動力発生部１８ｎの回転子１８ｔを正転又は逆転させ、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔を間隔調整部１８ｃに調整させる。

駆動状態検出部２６は、駆動力発生部１８ｎの駆動状態を検出する手段である。駆動状態検出部２６は、例えば、駆動力発生部１８ｎの回転子１８ｔの回転量を検出するエンコーダなどであり、回転子１８ｔの回転量に応じた電気信号（回転数信号）を制御部２４に出力する。

次に、この発明の第２実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置の動作を説明する。
パンタグラフ揚力検出部１６及び連結部１７，１８をパンタグラフ１に装着し、パンタグラフ１に風防部１２を装着した後に、図７に示す駆動操作部２５を操作して駆動力発生部１８ｎを正転又は逆転させ、連結部１８の雄ねじ部１８ｅ，１８ｆと間隔調整部１８ｃの雌ねじ部１８ｋ，１８ｍとの噛み合い量を調整する。その結果、図４に示すように、パンタグラフ１の姿勢が変化し集電舟３の高さも変化する。駆動状態検出部２６が駆動力発生部１８ｎの回転子１８ｔの回転量を検出してこの検出結果を制御部２４に出力すると、この検出結果に基づいて制御部２４が集電舟３の高さを演算してこの演算結果を表示部２２に表示する。このため、表示部２２に表示される集電舟３の高さを確認しながら駆動操作部２５を手動操作し、パンタグラフ１の姿勢が任意の姿勢に変化して集電舟３の高さが調整される。

この発明の第２実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置には、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔を調整するための駆動力を外部操作によって自動的に駆動力発生部１８ｎが発生する。このため、主軸６のてこ部６ｄと台枠１３の固定部１３ｅとの間の間隔を、気流の流れを遮らずに駆動力発生部１８ｎによって遠隔操作して調整することができる。その結果、例えば、風洞試験中に風洞試験装置内に作業者が入り込みパンタグラフ１の姿勢を手作業で変える必要がなくなり、パンタグラフ１に気流が流れている状態でこのパンタグラフ１の姿勢を自動的に変化させ、集電舟３の高さを変化させながらパンタグラフ揚力及び騒音を測定することができる。

（第３実施形態）
図１１は、この発明の第３実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置が取り付けられたパンタグラフを模式的に示す斜視図である。
図１１に示すパンタグラフ揚力測定装置１５は、集電舟３の振動を振動検出部２７によって検出してパンタグラフ揚力検出部１６の出力信号から慣性力成分を除去し、パンタグラフ揚力演算部２０の演算結果を補正する。パンタグラフ揚力測定装置１５は、図１１に示すように、パンタグラフ揚力検出部１６と、連結部１７，１８と、信号処理部１９と、パンタグラフ揚力演算部２０と、記録部２１と、表示部２２と、印刷部２３と、制御部２４と、駆動操作部２５と、駆動状態検出部２６と、振動検出部２７と、信号処理部２８と、慣性力演算部２９と、補正部３０などを備えている。

振動検出部２７は、パンタグラフ１の集電舟３の振動を検出する手段である。振動検出部２７は、例えば、集電舟３の振動加速度を検出する加速度センサなどであり、検出した振動に応じた電気信号（振動検出信号）を信号処理部２８に出力する。振動検出部２７は、集電舟３に少なくとも１台設置されている。

信号処理部２８は、振動検出部２７の出力信号を処理する手段である。信号処理部２８は、例えば、振動検出部２７の出力信号（振動検出信号）から所定の周波数成分を除去するフィルタ回路と、このフィルタ回路の出力信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路などを備えている。信号処理部２８は、処理後の振動検出信号を制御部２４に出力する。

慣性力演算部２９は、振動検出部２７の検出結果に基づいて、パンタグラフ揚力検出部１６が出力する荷重検出信号に含まれている集電舟３の慣性力を演算する手段である。慣性力演算部２９は、制御部２４からの指令に基づいて所定の慣性力演算処理を実行し、信号処理部２８が出力する振動検出信号に基づいて集電舟３に作用する慣性力を演算する。慣性力演算部２９は、演算結果を慣性力信号として制御部２４に出力する。

補正部３０は、振動検出部２７の検出結果に基づいてパンタグラフ揚力演算部２０の演算結果を補正する手段である。補正部３０は、例えば、制御部２４からの指令に基づいて、パンタグラフ揚力演算部２０が演算したパンタグラフ揚力から慣性力演算部２９が演算した慣性力を減算して、パンタグラフ揚力演算部２０が演算したパンタグラフ揚力を補正する。補正部３０は、補正後のパンタグラフ揚力演算部２０の演算結果を補正揚力信号として制御部２４に出力する。

この発明の第３実施形態には、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第３実施形態では、パンタグラフ１の集電舟３の振動を検出する振動検出部２７の検出結果に基づいて、このパンタグラフ揚力を演算するパンタグラフ揚力演算部２０の演算結果を補正部３０が補正する。このため、パンタグラフ１に作用するパンタグラフ揚力をより一層精度よく演算することができる。

（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、シングルアーム型パンタグラフを例に挙げて説明したが、翼型パンタグラフや菱形パンタグラフなど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、風洞試験装置内で実物のパンタグラフ１を試験する場合を例に挙げて説明したが、風洞試験装置内で模型パンタグラフを試験する場合についてもこの発明を適用できる。さらに、この実施形態では、風洞試験装置内でパンタグラフ揚力及び空力音を測定する場合を例に挙げて説明したが、実際の車両を使用する現車試験でパンタグラフ揚力及び空力音を測定する場合についてもこの発明を適用することができる。この場合に、すり板２がトロリ線に接触しないように集電舟３の高さを一定にして試験することができる。

(2) この実施形態では、パンタグラフ揚力検出部１６及び連結部１７，１８を風防部１２内に収容する場合を例に挙げて説明したが、パンタグラフ揚力検出部１６などの収容箇所を限定するものではない。例えば、連結部１７，１８を風防部１２内に収容しパンタグラフ揚力検出部１６を枠組５内に収容することもできる。この場合には、枠組５にひずみゲージを取り付けて荷重を検出しパンタグラフ揚力を演算したり、主ばね７の支持部１３ｄと主軸６のてこ部６ｂとの間にパンタグラフ揚力検出部１６及び連結部１７，１８を装着しこれらの間に作用する荷重をパンタグラフ揚力検出部１６によって検出してパンタグラフ揚力を演算したりすることもできる。また、この第２実施形態では、駆動力発生部１８ｎが電動モータである場合を例に挙げて説明したが、小型の油圧シリンダや空気圧シリンダなどのアクチュエータを駆動力発生部１８ｎとして使用することもできる。さらに、この第３実施形態では、振動検出部２７を集電舟３の中央に１台装着した場合を例に挙げて説明したが、設置場所や設置台数を限定するものではない。例えば、振動検出部２７を集電舟３の任意の場所に間隔をあけて３台装着することもできる。この場合には、集電舟３に作用する慣性力をより一層正確に検出することができる。

この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置が取り付けられたパンタグラフを模式的に示す斜視図である。この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置のパンタグラフ揚力検出部及び連結部の平面図である。この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置のパンタグラフ揚力検出部及び連結部の側面図である。この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置における間隔調整部の原理を説明するための模式図であり、（Ａ）は集電舟の高さを高くした状態を示す模式図であり、（Ｂ）は集電舟の高さを低くした状態を示す模式図である。この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置によるパンタグラフ揚力の測定結果を一例として示すグラフである。この発明の第１実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置を備えるパンタグラフの騒音測定結果を一例として示すグラフである。この発明の第２実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置が取り付けられたパンタグラフを模式的に示す斜視図である。この発明の第２実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置のパンタグラフ揚力検出部及び連結部の平面図である。この発明の第２実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置のパンタグラフ揚力検出部及び連結部の側面図である。図９のX-X線で切断した状態を示す断面図である。この発明の第３実施形態に係るパンタグラフ揚力測定装置が取り付けられたパンタグラフを模式的に示す斜視図である。パンタグラフ揚力を測定する従来の手法を示す模式図である。

符号の説明

１パンタグラフ
３集電舟
６主軸
６ａ〜６ｄてこ部
１２風防部
１３台枠
１３ｄ，１３ｅ固定部
１５パンタグラフ揚力測定装置
１６パンタグラフ揚力検出部
１７，１８連結部
１８ｃ間隔調整部
１８ｎ駆動力発生部
２０パンタグラフ揚力演算部
２４制御部
２５駆動操作部
２６駆動状態検出部
２７振動検出部
２９慣性力演算部
３０補正部

Claims

パンタグラフに作用するパンタグラフ揚力を測定するパンタグラフ揚力測定装置であって、
前記パンタグラフの主軸のてこ部とこのパンタグラフの固定部との間に作用する荷重を検出し、前記パンタグラフ揚力を検出するパンタグラフ揚力検出部と、
前記てこ部と前記固定部との間に前記パンタグラフ揚力検出部を連結する連結部とを備え、
前記パンタグラフ揚力検出部及び前記連結部は、前記パンタグラフの風防部に覆われていること、
を特徴とするパンタグラフ揚力測定装置。
請求項１に記載のパンタグラフ揚力測定装置であって、
前記パンタグラフの集電舟の高さを所定の高さに調整するために、前記てこ部と前記固定部との間の間隔を調整する間隔調整部を備えること、
を特徴とするパンタグラフ揚力測定装置。
請求項２に記載のパンタグラフ揚力測定装置において、
前記間隔調整部は、前記てこ部と前記固定部との間の間隔を調整するための駆動力を外部操作によって自動的に発生する駆動力発生部を備えること、
を特徴とするパンタグラフ揚力測定装置。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のパンタグラフ揚力測定装置において、
前記パンタグラフの集電舟の振動を検出する振動検出部の検出結果に基づいて、前記パンタグラフ揚力を演算するパンタグラフ揚力演算部の演算結果を補正する補正部を備えること、
を特徴とするパンタグラフ揚力測定装置。