JP5449818B2

JP5449818B2 - 受光装置

Info

Publication number: JP5449818B2
Application number: JP2009079881A
Authority: JP
Inventors: 高雅早坂; 充池田; 政利清水
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP2010233391A

Description

本発明は、パンタグラフとトロリ線とが離れた際に生じるアーク放電を測定するための受光装置に関する。

電気鉄道において、車両が走行するための電力は、変電所からトロリ線を通して車両のパンタグラフへ送られる。電車が走行しながらトロリ線から電力を取得する場合は走行による振動などに伴いトロリ線とパンタグラフとが離れる（離線する）ことがあり、離線した際にはアーク放電が発生する。アーク放電は騒音、トロリ線の損耗、パンタグラフの損耗の原因となるため、発生を避けるために精度良くアーク放電を測定する技術が望まれている。
このような技術の一つとして、アーク放電時に発生するアーク光の可視光線領域を測定する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開昭５８−３５０１号公報

しかしながら、上記の技術では、可視光線を測定対象としていたため、夜間に比べて日中は太陽光などの影響により測定精度が低下してしまうという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、昼夜にかかわらずアーク放電の発生の測定精度を向上させる受光装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は受光装置であって、パンタグラフによってトロリ線から電力を受けて走行する車両の車内と車外との間に設けられ、車外から車内に入射する光のうち可視光を通過させる可視光透過部と、前記可視光透過部を介して前記車内に入射する光の光路上且つ前記車外に設けられ、前記入射する光のうち紫外線のみを通過させる紫外線通過部と、前記紫外線通過部と前記可視光透過部との間に設けられ、前記紫外線通過部を通過した紫外線を可視光に変換して通過させる可視光変換部と、前記紫外線通過部と、前記可視光変換部と、前記可視光透過部とを介して前記パンタグラフと前記トロリ線との接触部を臨む方向へ向けて前記車内に設置され、前記紫外線通過部と、前記可視光変換部と、前記可視光透過部とを介して入射される可視光のみを受光する受光部と、前記受光部によって受光された可視光を、受光された光の強度を測定する光量測定部へ伝送する可視光線領域伝送体と、前記可視光透過部を介して前記車内に入射する光を受光し、前記車両の進行方向を撮像する撮像部と、を備える。

本発明により、紫外線通過部がアーク放電における紫外線のみを通過させ、可視光変換部がこの紫外線を可視光に変換し、受光部がこの可視光のみを受光する。そのため、日中であっても太陽光による影響を軽減させ、昼夜にかかわらずアーク放電の発生の測定精度を向上させることが可能となる。

アーク放電監視システムのシステム構成を表すシステム構成図である。受光装置の詳細な構成を表す図である。受光部及びケーブルの具体的な構成を表す図である。受光装置を進行方向側から見たときの構成を表す正面図である。このように構成された受光装置の変形例を含むアーク放電監視システムのシステム構成を表すシステム構成図である。受光装置の変形例の詳細な構成を表す図である。一つのパンタグラフに対して２つの受光装置が設置された場合のアーク放電監視システムのシステム構成を表すシステム構成図である。

図１は、アーク放電監視システムのシステム構成を表すシステム構成図である。アーク放電監視システムは、車両Ｖに設けられ、受光装置１０、光量測定部２０、表示部３０を備える。アーク放電監視システムが設けられる車両Ｖは、車両天板の上側にパンタグラフＰを備え、車両Ｖの上方を通るトロリ線からパンタグラフＰを介して電力の供給を受けて走行する。図１において、車両Ｖは右方向へ走行する。

受光装置１０は、車両Ｖの車両天板の上側であって、パンタグラフＰに対して進行方向後方に設置される。図２は、受光装置１０の詳細な構成を表す図である。受光装置１０は、ケース１１、窓部１２、遮光部１３、フィルタ１４、蛍光部１５、受光部１６、ケーブル１７を備える。ケース１１は、車両Ｖの車両天板の上側に設けられ、内側に空洞を有する。ケース１１の形状は特に限定されないが、車両Ｖの走行の負荷とならないように空気による抵抗が少ない形状として設けられることが望ましい。なお、ケース１１の内側は車内であり、ケース１１の外側は車外である。

窓部１２は、可視光を通過させる素材を用いて構成され、ケース１１の一部に設けられ、ケース１１の外側からの光（以下、「外光」という）のうち少なくとも可視光をケース内側へ通す。また、窓部１２は、紫外線を遮断して他の波長の光（例えば可視光）を通過させる素材（例えばＵＶカットガラス、強化プラスチック）を用いて構成され、外光のうち紫外線以外の波長の光をケース内側へ通すように構成されても良い。以下、窓部１２が紫外線を遮断し可視光などを通過させるように構成された場合を例として説明する。具体的には、窓部１２は、ケース１１のうちパンタグラフＰとトロリ線Ｔとの接触部又はその近傍を臨む側に設けられる。
遮光部１３は、窓部１２の外側に設けられ、外光を遮断し、フィルタ１４及び蛍光部１５を通過していない外光が窓部１２を介して受光部１６へ入射することを防ぐ。

フィルタ１４は、窓部１２の車外側であって受光部１６とパンタグラフＰ及びトロリ線Ｔの接点近傍との間に設けられ、ケース１１の外側からケース１１の内側へ入射する光のうち紫外線のみを通過させる。例えば、フィルタ１４は、波長が２００ｎｍ〜２４０ｎｍの紫外線を通過させるフィルタを用いて構成されても良いし、波長が２４０ｎｍ〜３００ｎｍの紫外線を通過させるフィルタを用いて構成されても良い。いずれのフィルタを用いてフィルタ１４を構成するかの選択は、パンタグラフＰとトロリ線Ｔとの間で生じるアーク放電における紫外線の波長に応じて、より具体的にはパンタグラフＰの摺板の材質に応じて行われる。さらに具体的には、パンタグラフＰの摺板の材質が銅又はカーボンである場合は、波長が２００ｎｍ〜２４０ｎｍの紫外線成分を通過させるフィルタを用いてフィルタ１４が構成され、パンタグラフＰの摺板の材質が鉄である場合は、波長が２４０ｎｍ〜３００ｎｍの紫外線成分を通過させるフィルタを用いてフィルタ１４が構成される。

蛍光部１５は、蛍光ガラスを用いて構成され、窓部１２とフィルタ１４との間であって受光部１６とパンタグラフＰ及びトロリ線Ｔの接点近傍との間に配置される。蛍光部１５は、フィルタ１４を通過した紫外線を可視光に変換して窓部１２に通過させる。なお、蛍光ガラスは、例えばガラス母体に特定の青色蛍光を発する希土類元素を添加し、その希土類元素がガラス母体中で特定のイオン状態を保つように構成される。

受光部１６は、パンタグラフＰとトロリ線Ｔとの接点近傍を臨む方向へ向けてケース１１内に設けられ、パンタグラフＰ及びトロリ線Ｔの接点近傍で生じたアーク放電における光を、フィルタ１４、蛍光部１５、窓部１２を介して受光する。そのため、アーク放電によって生じた光のうち紫外線成分のみがフィルタ１４を通過し、この紫外線成分が蛍光部１５を通過する際に可視光に変換され、この可視光が窓部１２を通過し、この窓部１２を通過した可視光を受光部１６が受光する。

ケーブル１７は、可視光を伝送領域とする光伝送体を用いて構成され、例えばプラスチック光ファイバを用いて構成される。ケーブル１７は、受光部１６によって受光された可視光を光量測定部２０へ伝送する。

図３は、受光部１６及びケーブル１７の具体的な構成を表す図である。受光部１６は、受光ケース１６１及び保護ガラス１６２を用いて構成され、受光ケース１６１内にケーブル１７の一端が固定される。保護ガラス１６２は、可視光を通過させるガラスを用いて構成され、受光ケース１６１内に固定されたケーブル１７の端面を保護する。窓部１２を通過した可視光が矢印Ａの方向に進行し、保護ガラス１６２を介してケーブル１７に入光する。ケーブル１７に入った可視光は、ケーブル１７内を反射しながら進行し、他端に接続された光量測定部２０に入力される。

図４は、受光装置１０を進行方向側から見たときの構成を表す正面図である。ケース１１内には、受光部１６のみならず、他の装置（例えばＸ１）が設けられても良い。他の装置とは、例えば窓部１２を介してケース１１内に入射する光（紫外線を除く）を受光する装置であり、より具体的には進行方向を撮影する撮像装置などである。

光量測定部２０は、受光部１６によって受光されケーブル１７を経由して入力された可視光の強度に応じて光電素子によって電子を生成し、生成された電子に応じて受光された光の強度を測定することによってアーク放電の測定を行う。

表示部３０は、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等の表示装置を用いて構成され、光量測定部２０おける測定結果を表示する。

このように構成された受光装置１０によれば、フィルタ１４がアーク放電における紫外線のみを通過させ、蛍光部１５がこの紫外線を可視光に変換し、受光部１６がこの可視光のみを受光する。そのため、日中であっても太陽光による影響を軽減させ、昼夜にかかわらずアーク放電の発生の測定精度を向上させることが可能となる。

また、このように構成された受光装置１０によれば、蛍光部１５によって紫外線が可視光に変換され、この可視光がケーブル１７によって伝送される。そのため、ケーブル１７として、伝送対象を可視光とするケーブル（例えばプラスチック光ファイバ）を用いることが可能となるため、伝送対象を紫外線とする石英ファイバ等のケーブルを用いる場合に比べてコストを低減させることが可能となる。

また、このように構成された受光装置１０によれば、ケース１１の窓部１２の内側に受光部１６及びケーブル１７を設け、ケース１１の窓部１２の外側にフィルタ１４及び蛍光部１５を設けたため、窓部１２が紫外線を遮断するように構成されたとしても、受光部１６は窓部１２によって遮断される前の紫外線を可視光に変換することが可能となる。そのため、測定精度を下げることなく受光部１６及びケーブル１７をケース１１及び窓部１２の内側に設けることが可能となる。そして、このように受光部１６及びケーブル１７をケース１１の内側に設けることが可能となるため、受光部１６及びケーブル１７の損傷を抑止することが可能となり、空力的な騒音の発生を抑止することが可能となる。

＜変形例＞
受光装置１０は、ケース１１を用いることなく車両Ｖの車両天板の下側に設けられても良い。図５は、このように構成された受光装置１０の変形例（受光装置１０ａ）を含むアーク放電監視システムのシステム構成を表すシステム構成図である。

図６は、受光装置１０ａの詳細な構成を表す図である。受光装置１０ａは、窓部１２ａ、遮光部１３ａ、フィルタ１４ａ、蛍光部１５ａ、受光部１６ａ、ケーブル１７ａを備える。窓部１２ａは、ケース１１の一部としてではなく車両Ｖの車両天板１８の一部として構成される点を除けば窓部１２と同様に構成される。遮光部１３ａ、フィルタ１４ａ、蛍光部１５ａは、ケース１１の外側ではなく車両Ｖの車両天板１８の外側に設けられる点を除けばそれぞれ遮光部１３、フィルタ１４、蛍光部１５と同様に構成される。受光部１６ａ及びケーブル１７ａは、ケース１１の内側ではなく車両天板１８の下側に設けられる点を除けばそれぞれ受光部１６及びケーブル１７と同様に構成される。

また、受光装置１０が設置される数は、一つのパンタグラフＰに対して一台に限られることなく、一つのパンタグラフＰに対して複数台設置されても良い。図７は、一つのパンタグラフＰに対して２つの受光装置１０が設置された場合のアーク放電監視システムのシステム構成を表すシステム構成図である。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０…受光装置，２０…光量測定部，３０…表示部，１１…ケース，１２…窓部（可視光透過部），１３…遮光部，１４…フィルタ（紫外線通過部），１５…蛍光部（可視光変換部），１６…受光部，１７…ケーブル（可視光線領域伝送体），１８…車両天板，Ｖ…車両，Ｔ…トロリ線，Ｐ…パンタグラフ

Claims

パンタグラフによってトロリ線から電力を受けて走行する車両の車内と車外との間に設けられ、車外から車内に入射する光のうち可視光を通過させる可視光透過部と、
前記可視光透過部を介して前記車内に入射する光の光路上且つ前記車外に設けられ、前記入射する光のうち紫外線のみを通過させる紫外線通過部と、
前記紫外線通過部と前記可視光透過部との間に設けられ、前記紫外線通過部を通過した紫外線を可視光に変換して通過させる可視光変換部と、
前記紫外線通過部と、前記可視光変換部と、前記可視光透過部とを介して前記パンタグラフと前記トロリ線との接点近傍を臨む方向へ向けて前記車内に設置され、前記紫外線通過部と、前記可視光変換部と、前記可視光透過部とを介して入射される可視光のみを受光する受光部と、
前記受光部によって受光された可視光を、受光された光の強度を測定する光量測定部へ伝送する可視光線領域伝送体と、
前記可視光透過部を介して前記車内に入射する光を受光し、前記車両の進行方向を撮像する撮像部と、
を備える受光装置。