JP6599201B2 - 鉄道車両用集電装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両に搭載されて接触電線から電力を取り込む鉄道車両用集電装置に関する。

集電装置により接触電線（例えばトロリー線）から電力を取り込んで走行する鉄道車両がある。集電装置は、一般に、接触電線に接触する摺り板と、摺り板を支持する舟体と、接触電線が舟体の横方へ外れて再び元に戻る際に接触電線を舟体上へ案内するホーンとを有している。通常、舟体の左右の端部には、ホーンに案内された接触電線が舟体の上方へスムーズに移動するように下方に湾曲した形状が設けられている。例えば、特許文献１の集電装置では、主舟体と補助舟体とから舟体が構成され、補助舟体の先端部に湾曲が設けられている。

特開２００１−０３７００２号公報

近年の鉄道車両では、路線のカーブ区間を走行する際に、集電装置と共に車体を傾斜させる車体傾斜式の構造が採用されることがある。車体の傾斜により、カーブ区間での車体の通過速度の向上と乗り心地の改善とを図ることができる。車体傾斜式の鉄道車両では、車体が傾斜する分、集電装置の振り幅が大きくなる。よって、接触電線の吊り位置が、車体傾斜式でない通常の鉄道車両に合わせてあると、接触電線に対して集電装置が横方向に大きく振れて集電できなくなる。
そこで、本発明者らは、集電装置の横幅を広くし、且つ、舟体の湾曲した端部分からでも安定的に電力を取り込むことのできる構成について検討した。しかしながら、舟体の湾曲した端部分に、舟体中央の摺り板と同様に摺り板を設けることは容易でなかった。

例えば、舟体中央の部分では、カーボン製の摺り板が多く使用されるが、同様の摺り板を同じ厚さで舟体の湾曲した部分に合わせて成形することは難しかった。また、一般に、舟体は軽量化のためアルミニウム材料から構成される。よって、舟体の湾曲部分に接触電線が接触した場合、そのままでも電流を流すことが可能な集電装置もある。しかしながら、アルミニウム材料の舟体から、銅の導電部材を介して電力を導いた場合、舟体と導電部材との接合部で舟体のアルミニウム材料に電蝕が生じるという課題がある。電力を導く導電部材としては、銅などの抵抗の小さな金属を用いることが要求される。一方、電蝕を避けるために舟体の材料を銅に変えると、舟体の重量が大幅に増加して、接触電線に対する舟体の追従性能を維持することが困難になる。
本発明は、舟体の振り幅が大きくなっても、接触電線から安定して電力を取り込むことのできる集電装置を提供することを目的としている。

本発明の鉄道車両用集電装置は、上記目的を達成するため、
中央に主支持部を有し、横方に外方に向かうほど下方に位置する湾曲面を含んだ補助支持部を有する舟体と、
導電性を有し、前記舟体の前記主支持部に支持されて接触電線に接触する主摺り板と、
前記主摺り板に隣接して前記舟体の前記補助支持部に支持され、前記接触電線から前記主摺り板が外れたときに前記接触電線と接触する補助摺り板と、
前記主摺り板および前記補助摺り板の両方と前記舟体との間に挟まれて前記主摺り板および前記補助摺り板に電気的に接続する導電板と、
を備え、
前記補助摺り板は、前記湾曲面に沿った板形状であり、且つ、金属以外の導電体、或いは前記舟体と材質が異なり前記導電板と材質が同一の金属から構成され、
前記舟体の表面には、絶縁材料からなる塗膜が形成され、
前記舟体の前記主支持部と前記補助支持部との隣接部位には、前記主摺り板と前記補助摺り板との厚みの差に対応して、前記主支持部の上面より前記補助支持部の上面が高い段差が設けられていることを特徴としている。

この構成によれば、舟体の横方の湾曲した部分に、導電体から構成される補助摺り板が設けられるので、舟体の湾曲した部分を介して接触電線から電力を取り込むことができる。さらに、舟体の湾曲した部分には、補助支持部と補助摺り板とが設けられる。よって、補助支持部の体積割合を多くすれば、補助摺り板がこの部分全体の重量に影響する割合を少なくできる。加えて、舟体の主支持部の上面と補助支持部の上面との段差により、補助摺り板と主摺り板との厚みを揃える必要がないので、補助摺り板の厚みの自由度が高くなる。これらにより、補助摺り板の材料の選択自由度が高くなり、導電性、摩擦性、補助摺り板自体の電蝕の有無などの要件を考慮して、補助摺り板の材料を選定できる。さらに、補助摺り板は板状であり厚みの自由度が高いことから、上記の要件を考慮して補助摺り板の材質を選択しても、補助摺り板の湾曲した形状を比較的に容易に成形することができる。さらに、補助支持部を有する舟体の表面には絶縁材料からなる塗膜が形成されているので、補助支持部には電流が流れず、補助支持部の電蝕を考慮する必要がない。以上のことから、主摺り板および補助摺り板を含んだ舟体部分の重量を大幅に増すことなく、さらに、電蝕の発生が抑制された上で、舟体の湾曲部分から安定して電力を取り込むことが可能となる。

上記構成において、前記主摺り板は、カーボン材料から構成され、
前記補助摺り板および前記導電板は銅から構成され、
前記舟体は、前記絶縁材料の塗装が行われたアルミニウム材料から構成されてもよい。
この構成によれば、主摺り板をカーボン材料から構成し、舟体をアルミニウム材料から構成することで、集電装置全体の軽量さと主摺り板の摩擦性能の向上とを図ることができる。加えて、補助摺り板と導電板とを銅から構成することで、舟体の横方の湾曲部分からでも、より安定的に電力を取り込むことができる。さらに、補助摺り板と導電板とを銅から構成しても、本発明の構造により、集電装置全体の重量が大幅に増すことがなく、電蝕が発生することも抑制される。

さらに上記構成において、弧状に曲がり先端が斜め下方へ延設されたポール状のアークホーンをさらに備え、
１つの前記舟体は、前記主支持部を有する主舟体と、前記主支持部の左方と右方とにそれぞれ配置された前記補助支持部を有する２つの補助舟体とが接合されて構成され、
前記２つの補助舟体のうち各補助舟体には、先端が二股に分岐されて前記アークホーンが間に通される２つの先端部が一体的に設けられ、
前記各補助舟体には、２つの前記補助摺り板が、前記２つの先端部に前記２つの補助摺り板がそれぞれ沿うように支持されている構成としてもよい。
この構成によれば、各補助舟体には２つの先端部が一体的に設けられる。そして、各補助舟体の２つの先端部の間にアークホーンが通され、さらに各補助舟体には２つの先端部に沿うように２つの補助摺り板が支持される。よって、補助舟体の二股の部分を、２つの部材に分けて構成するよりも部品点数を減らすことができる。加えて、アークホーンが挿入される二股の部分を一体的な補助摺り板で構成するよりも、補助摺り板の成形が容易になり、補助摺り板を含めた舟体全体の重量の低減を図ることができる。

本発明によれば、舟体の振り幅が大きくなっても、接触電線から安定して電力を取り込むことができる。

本発明の実施の形態に係る集電装置の全体を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る舟組機構を示す斜視図である。 主舟体と補助舟体と補助摺り板との接続構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る舟組機構を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る舟組機構の変形例を示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る集電装置の全体を示す斜視図である。
本実施の形態の集電装置１は、鉄道車両の屋根上に取り付けられるベース体１０と、シングルアーム式のパンタグラフ２０と、舟組機構３０と、舟組機構３０を支える舟支え４０と、アークホーン５０とを備えている。この実施の形態では、特に制限されないが、１つのパンタグラフ２０に２つの舟組機構３０および２つのアークホーン５０が支持されている。
パンタグラフ２０は一端がベース体１０に接続され、他端が舟支え４０に接続されている。パンタグラフ２０はアームの角度を変化させて、舟支え４０の高さを変化させる。これにより、接触電線の高さ方向の変位に舟組機構３０が追従する。さらに、パンタグラフ２０は舟組機構３０を所定の力で接触電線に押し付ける。

アークホーン５０は、舟組機構３０より横方に長く、先端部が下方に曲げられたポール状の部材であり、接触電線が横方に外れて再び戻る際に、接触電線を舟組機構３０の上方に案内する。
図２は、本発明の実施の形態に係る舟組機構を示す斜視図である。図３は、主舟体と補助舟体と補助摺り板との接続構造を示す斜視図である。図４は、本発明の実施の形態に係る舟組機構を示す分解斜視図である。舟組機構３０は左右対称であるため、図２〜図４においては舟組機構３０の左部分の構成のみを示している。

舟組機構３０は、舟体３１と、導電板３４と、主摺り板３５と、補助摺り板３６とを備えている。舟体３１は、主舟体３２と、左右２つの補助舟体３３とから構成される。
主舟体３２は、横方に長い形状であり、上方に主摺り板３５を支持する平たい支持面３２ａが設けられ、横方に補助舟体３３と接合される接合部３２ｂとを備えている。主舟体３２の支持面３２ａは本発明に係る主支持部の一例に相当する。主舟体３２は、アルミニウム材料により構成され、表面が絶縁材料により塗装されて構成される。アルミニウム材料とは、アルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。

２つの補助舟体３３は、主舟体３２の左方と右方とにそれぞれ配置される。補助舟体３３には、上側に補助摺り板３６を支持する支持面３３ａが設けられている。補助舟体３３の支持面３３ａは本発明に係る補助支持部の一例に相当する。支持面３３ａは、舟体３１の中央寄りに設けられ水平方向に広がる平面部３３ａ１と、舟体３１の端寄りに設けられ外方に向かうほど下方に位置する湾曲面部３３ａ２とを含む。平面部３３ａ１と湾曲面部３３ａ２とは連続している。補助舟体３３の先端が二股に分岐した２つの先端部３３ｂが設けられている。湾曲面部３３ａ２は２つの先端部３３ｂを含む部分に設けられている。これら２つの先端部３３ｂの間にアークホーン５０が通される。

補助舟体３３には、主舟体３２と接合される接合部３３ｃが設けられている。補助舟体３３と主舟体３２とが接合された際、補助舟体３３の支持面３３ａの平面部３３ａ１と、主舟体３２の支持面３２ａとは、前者が高くなるように、両者の間に段差が設けられる。図３に示すように、補助舟体３３の接合部３３ｃと主舟体３２の接合部３２ｂとは、たとえばリベットなどを用いて接合されればよい。
補助舟体３３は、アルミニウム材料により構成され、表面が絶縁材料により塗装されて構成される。
補助舟体３３には、その他、舟支え４０のアークホーン５０が固定される部分とバネを介して接続されるバネ受け３３ｅが設けられている。

主摺り板３５は、接触電線と接触して電力を取り込む部材である。主摺り板３５は、金属を含有したカーボン材料から構成され、左右に長い角材形状に成形されている。主摺り板３５は、例えば、前後方向に２列、左右方向に３列に分割されて配置され、導電板３４を挟んで主舟体３２の支持面３２ａに支持されている。前後方向および左右方向とは、鉄道車両の進行方向を向いたときの方向を示している。主舟体３２と主摺り板３５とはボルト等の締結部材により接合されている。なお、主摺り板３５の左右方向の端面は、上方から見て、前後方向に対して斜めに傾斜するように形成されている。これにより、左右に隣接する２つの主摺り板３５の間で接触電線の引っかかりが生じることを低減している。

補助摺り板３６は、１つの補助舟体３３に対して、２列に分割して設けられている。２列の補助摺り板３６は、それぞれ補助舟体３３の２つの先端部３３ｂに対応して配置されている。補助摺り板３６は、一端部が湾曲した板形状であり、本実施の形態では、銅から構成されている。補助摺り板３６は、補助舟体３３の平面部３３ａ１と湾曲面部３３ａ２とに沿うように、舟体３１の中央寄りが平板状に延び、舟体３１の端寄りが湾曲されている。補助摺り板３６は、補助舟体３３の左右方向の一端から他端にかけて補助舟体３３に被さる長さを有している。一つの補助摺り板３６の前後方向の幅は、補助舟体３３の先端部３３ｂの幅に対応する長さにされ、一列分の主摺り板３５の前後方向の幅より狭い。前後方向とは鉄道車両の進行方向に向かったときの前後方向を意味する。補助摺り板３６は、例えばボルトなどの締結部材を介して補助舟体３３と接合される。具体的には、補助摺り板３６にねじ穴を設け、支持面３３ａの対応する部位に挿通孔を設け、支持面３３ａの裏からボルトを通し、補助摺り板３６のねじ穴とボルトとを螺合させて、支持面３３ａと補助摺り板３６とを接合させる。ボルトは補助摺り板３６と同じ材質とし、ボルトの先端は補助摺り板３６の上面と面一にするとよい。

特に制限されないが、本実施の形態の補助摺り板３６は、主舟体３２の方へ所定長さはみ出し、このはみ出した部分に、例えば銅など導電性を有する導電ブロック３７が接合されている。導電ブロック３７は、補助摺り板３６と導電板３４との間を埋める高さを有し、補助摺り板３６と導電板３４とは導電ブロック３７を介して電気的に接続される。導電ブロック３７と導電板３４との接続は、互いに接合される形態としても良いし、他の部位の接合により互いに強固に接触する形態としてもよい。
補助摺り板３６の上面の高さは、補助舟体３３と主舟体３２との間の段差によって、主摺り板３５の上面とほぼ同一にされる。また、補助摺り板３６の主摺り板３５に対向する端面は、主摺り板３５の左右方向の端面と同様に、上方から見て前後方向に対して斜めに傾斜するように設けられており、補助摺り板３６は主摺り板３５に近接して配置される。これにより、補助摺り板３６と主摺り板３５との間で接触電線の引っかかりが生じることを低減している。

導電板３４は、導電性を有し、主舟体３２の支持面３２ａに沿って広がる板状の部材である。導電板３４は、電気抵抗の小さな銅から構成されている。導電板３４は、鉄道車両に引き込まれる電力線に接続され、主摺り板３５または補助摺り板３６が接触電線に接触して取り込まれた電流を電力線へ導く。
図５は、本発明の実施の形態に係る舟組機構の変形例を示す分解斜視図である。
なお、導電板３４は、図５の変形例のように構成してもよい。変形例の導電板３４Ａは、主舟体３２の上面と補助舟体３３の上面とに広がる板状の部材から構成している。導電板３４Ａは、主舟体３２の上面と補助舟体３３の上面との間の段差に対応して、途中が屈曲され、一部が補助舟体３３の上面にも広がった板形状をしている。導電板３４Ａの補助舟体３３の上面に広がる部分は、補助摺り板３６の重ならない部分が少なくなるように、二股に分岐した形状部３４Ａａを有していてもよい。また、導電板３４Ａの補助舟体３３の上面に広がる部分は、平面部３３ａ１に収まる長さとしてもよいし、湾曲面部３３ａ２に重なる長さとしてもよい。

次に、上記のように構成された集電装置１の作用について説明する。
舟組機構３０はパンタグラフ２０により接触電線に押しつけられる。これにより、接触電線から主摺り板３５、導電板３４、および電力線を介して、電力が鉄道車両に供給される。鉄道車両の走行時、接触電線は主摺り板３５の左右一方の部分から他方の部分へと接触する位置が変化するが、接触電線は横幅の広い主摺り板３５の上面を移動しつつ、上述のように電力の取り込みが維持される。
一方、例えば車体傾斜型の鉄道車両において車体が傾斜した際など、舟体３１が接触電線から大きく横方に振れた場合、接触電線が舟体３１の端の湾曲した部分までずれることがある。このとき、接触電線は補助摺り板３６に接触するので、補助摺り板３６、導電板３４、および電力線を介して、電力が鉄道車両に供給される。ここで、電流は銅の補助摺り板３６と銅の導電板３４とに流れ、舟体３１には流れない。よって、舟組機構３０の何れかの箇所で電蝕が生じることもない。

以上のように、本発明の実施の形態の集電装置１によれば、舟体３１の横方の湾曲した部分に、銅から構成される補助摺り板３６が設けられるので、補助摺り板３６を介して接触電線から電力を取り込むことができる。さらに、舟体３１の横方の湾曲した部分が、補助舟体３３と補助摺り板３６とから構成されるので、補助摺り板３６の厚みを必要最小にして舟組機構３０の全体重量を抑制できる。加えて、補助摺り板３６が板状なので、湾曲した形状を容易に成形することができる。さらに、主舟体３２と補助舟体３３との間の段差により、補助摺り板３６を薄く形成しても、主摺り板３５と補助摺り板３６との上面高さを合わせることができる。さらに、舟体３１は絶縁材料が塗装されて絶縁されるので、銅の補助摺り板３６から電力を取り込む際にも舟体３１の電蝕が生じない。以上のことから、舟組機構３０の重量の抑制を図りつつ、舟体３１の横方の湾曲した部分からでも安定した電力の取り込みが可能となる。また、鉄道車両から接触電線へ回生電力を戻すときに、舟体３１の振り幅が大きくなっても、同様に安定的に電力を戻すことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、上記の実施の形態では、主舟体３２と補助舟体３３とを別体に構成し、互いに接合させる構成としたが、主舟体３２と補助舟体３３とは一体的に成形してもよい。この場合でも、主摺り板３５が支持される面と補助摺り板３６が支持される面との間に、主摺り板３５と補助摺り板３６との厚さの違いを相殺する段差が必要となる。しかし、このような形状はダイカスト成型など種々の成形方法で容易に実現することができる。
また、上記実施の形態では、補助摺り板３６を銅により構成した例を示したが、補助摺り板３６は、金属粉を含有したカーボン材料、又は焼結合金により構成してもよい。この場合でも、補助摺り板３６を、材料に応じた厚みの板形状とすることで、所定の湾曲した形状へ比較的に容易に成形することができる。また、主摺り板３５は、金属粉を含有したカーボン材料の他、焼結合金により構成してもよい。主摺り板３５および補助摺り板３６を焼結合金により構成する場合には、電蝕を抑制するため導電板３４を同質の金属から構成するとよい。
また、集電装置の舟組機構３０を昇降する機構は、シングルアーム式のパンタグラフに限られず、様々な形式の機構を適用してもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 集電装置
１０ ベース体
２０ パンタグラフ
３０ 舟組機構
３１ 舟体
３２ 主舟体
３２ａ 支持面
３２ｂ 接合部
３３ 補助舟体
３３ａ 支持面
３３ａ１ 平面部
３３ａ２ 湾曲面部
３３ｂ 先端部
３３ｃ 接合部
３４、３４Ａ 導電板
３５ 主摺り板
３６ 補助摺り板
３７ 導電ブロック
４０ 舟支え
５０ アークホーン

Claims (3)

1. 中央に主支持部を有し、横方に外方に向かうほど下方に位置する湾曲面を含んだ補助支持部を有する舟体と、
   導電性を有し、前記舟体の前記主支持部に支持されて接触電線に接触する主摺り板と、
   前記主摺り板に隣接して前記舟体の前記補助支持部に支持され、前記接触電線から前記主摺り板が外れたときに前記接触電線と接触する補助摺り板と、
   前記主摺り板および前記補助摺り板の両方と前記舟体との間に挟まれて前記主摺り板および前記補助摺り板に電気的に接続する導電板と、
   を備え、
   前記補助摺り板は、前記湾曲面に沿った板形状であり、且つ、銅から構成され、
   前記主摺り板は、カーボン材料から構成され、
   前記導電板は銅から構成され、
   前記舟体は、表面に絶縁材料からなる塗膜が形成されたアルミニウム材料から構成されていることを特徴とする鉄道車両用集電装置。
2. 前記舟体の前記主支持部と前記補助支持部との隣接部位には、前記主摺り板と前記補助摺り板との厚みの差に対応して、前記主支持部の上面より前記補助支持部の上面が高い段差が設けられていることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用集電装置。
3. 弧状に曲がり先端が斜め下方へ延設されたポール状のアークホーンをさらに備え、
   １つの前記舟体は、前記主支持部を有する主舟体と、前記主支持部の左方と右方とにそれぞれ配置された前記補助支持部を有する２つの補助舟体とが接合されて構成され、
   前記２つの補助舟体のうち各補助舟体には、先端が二股に分岐されて前記アークホーンが間に通される２つの先端部が一体的に設けられ、
   前記各補助舟体には、２つの前記補助摺り板が、前記２つの先端部に前記２つの補助摺り板がそれぞれ沿うように支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄道車両用集電装置。

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