JP7089687B1 - 鉄道車両用の碍管ユニット及び鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体 - Google Patents

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【課題】小型化を図ることができる鉄道車両用の碍管ユニット及び鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体を提供する。【解決手段】鉄道車両用の碍管ユニット1は、電力ケーブル71の端末に接続される内部導体22と、内部導体22に取り付けられ、電力ケーブル71と内部導体22とを接続するコンタクト部材4と、内部導体22を覆う碍管21と、碍管21の内側において内部導体22を囲むアース電極23と、外部の被取付部材に取り付けられる取付面331を有するとともに碍管21に固定されたフランジ部材3とを備える。碍管21の内周面はストレスコーン73が配置される配置面212を有する。内部導体22における電力ケーブル71の端末が接続される側を基端側、基端側と反対側を先端側としたとき、取付面331よりも基端側にフランジ部材3及び配置面212が位置しており、取付面331よりも先端側にコンタクト部材4及びアース電極23が位置している。【選択図】図2

Description

本発明は、鉄道車両用の碍管ユニット及び鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体に関する。
特許文献1には、電力ケーブルの端末が挿入される導体挿入孔を有する導体引出棒と、導体引出棒を覆う硬質の絶縁筒(碍管)と、絶縁筒内に一部が埋設されるとともに導体引出棒と同心状に配された埋込金具と、埋込金具における絶縁筒から露出した部位に固定された底部金具とを備える碍管ユニットが開示されている。特許文献1に記載の碍管ユニットには、ケーブル端末部が挿入され、碍管ユニットとケーブル端末部とによってケーブル終端接続部が構成されている。
ここで、特許文献1に記載の碍管ユニットにおいて、導体引出棒に対して電力ケーブルが接続される側(例えば特許文献1の図1及び図2の下側)を基端側とし、その反対側(例えば特許文献1の図1及び図2の上側)を先端側とする。このとき、特許文献1に記載の碍管ユニットにおいて、底部金具は、その基端側の面である取付面が、被取付部材としての支持碍子に当接して支持碍子に固定されている。
特開2003-304632号公報
しかしながら、特許文献1に記載の碍管ユニットにおいては、取付面よりも先端側に、底部金具の全体が位置している。そのため、特許文献1に記載の碍管ユニットにおいては、取付面から先端側の部位が先端側に大きく突出し、大型化するおそれがある。
また、特許文献1に記載の碍管ユニットにおいては、取付面よりも基端側に、導体引出棒の導体挿入孔が位置している。これに伴い、導体挿入孔に挿入される電力ケーブル、及び当該電力ケーブルに固定された部材(例えば特許文献1におけるシール部、下部金具、アダプタ等)が、取付面からより基端側に配されることとなる。そのため、特許文献1に記載の碍管ユニットを用いた場合、碍管ユニット及びケーブル端末部から構成されるケーブル終端接続部が取付面から基端側に大きく突出し、大型化するおそれがある。
このような終端接続部が、特に鉄道車両に配置して用いられる場合、ケーブル終端接続部における、取付面から両側の部位の小型化の要請が顕著である。すなわち、鉄道車両においては、ケーブル終端接続部を配置できるスペースが極めて限定的であるため、ケーブル終端接続部は、取付面から両側の部位の小型化が特に要請される。
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図ることができる鉄道車両用の碍管ユニット及び鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体を提供することを目的とする。
本発明は、前記の目的を達成するため、電力ケーブルの端末に電気的に接続される内部導体と、前記内部導体に取り付けられるとともに、前記電力ケーブルと前記内部導体とを電気的に接続するコンタクト部材と、前記内部導体を覆う碍管と、前記碍管の内側に埋設されるとともに前記内部導体を囲むよう形成されたアース電極と、外部の被取付部材に取り付けられる取付面を有するとともに前記碍管に固定されたフランジ部材と、を備える鉄道車両用の碍管ユニットであって、前記碍管の内周面は、前記電力ケーブルに取り付けられたストレスコーンが配置される配置面を有し、前記内部導体における前記電力ケーブルの前記端末が接続される側を基端側、前記基端側と反対側を先端側としたとき、前記取付面よりも前記基端側に、前記フランジ部材及び前記配置面が位置しており、前記取付面よりも前記先端側に、前記コンタクト部材及び前記アース電極が位置している、鉄道車両用の碍管ユニットを提供する。
また、本発明は、前記の目的を達成するため、前記碍管ユニットと、前記碍管ユニットに組み付けられたケーブルアッシーとを備える鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体であって、前記ケーブルアッシーは、前記電力ケーブルと、前記電力ケーブルにおいて露出したケーブル導体に電気的に接続された接続端子と、前記ストレスコーンとを備え、前記接続端子は、前記コンタクト部材に電気的に接続されており、かつ、前記取付面よりも前記先端側に位置している、鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体を提供する。
本発明によれば、小型化を図ることができる鉄道車両用の碍管ユニット及び鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体を提供することが可能となる。
実施の形態における、電力ケーブル接続構造体の碍管ユニットとケーブルアッシーとを分解した分解断面図である。 実施の形態における、電力ケーブル接続構造体の断面図である。 図2の一部を拡大した断面図である。 実施の形態における、フランジ部材の側面図である。 実施の形態における、フランジ部材の断面図である。 実施の形態における、フランジ部材の正面図である。 実施の形態における、フランジ部材の背面図である。 実施の形態における、アース電極及び複数の埋設導電部材と、複数の接続部材との側面図である。 実施の形態における、電力ケーブル接続構造体が取り付けられた鉄道車両の平面図である。 実施の形態における、電力ケーブル接続構造体が取り付けられた鉄道車両の側面図である。
[実施の形態]
本発明の実施の形態について、図1乃至図10を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
(電力ケーブル接続構造体10)
図1は、本形態における電力ケーブル接続構造体10の、碍管ユニット1とケーブルアッシー7とを分解した分解断面図である。図2は、電力ケーブル接続構造体10の断面図である。図3は、図2の一部を拡大した図である。
電力ケーブル接続構造体10は、例えば鉄道車両8(後述の図9及び図10参照)の屋根81(図9及び図10参照)等に配置された被取付部材としての機器箱82に取り付けられて使用される。詳細は後述するが、電力ケーブル接続構造体10は、その一部を機器箱82内の内部空間82a内に突出させた状態で機器箱82に取り付けられる。電力ケーブル接続構造体10は、高電圧が印加される電力ケーブル71とこれに接続された図示しない電気経路とを、周囲との電気的絶縁性を確保しつつ接続するためのものであり、図1及び図2に示すごとく、碍管ユニット1とケーブルアッシー7とを組み付けてなる。なお、図8及び図9に示す鉄道車両8の屋根81への電力ケーブル接続構造体10の取付構造の詳細は、後述する。
(碍管ユニット1)
碍管ユニット1は、碍管21と一体的に形成された碍管構造体2と、碍管構造体2に固定されたフランジ部材3とを備える。碍管構造体2は、エポキシ樹脂からなる碍管21内に、内部導体22、アース電極23等を埋設してなる。碍管構造体2は、碍管21の成形型の内側に内部導体22、アース電極23等を配置して成形型内に溶融状態のエポキシ樹脂を流し込んで硬化させることによって碍管21、内部導体22、アース電極23等が一体として形成される。
なお、碍管ユニット1の軸方向(すなわち、内部導体22の軸方向及び碍管21の軸方向であり、図1乃至図3の左右方向)を単に軸方向という。また、軸方向の一方側であって、内部導体22における電力ケーブル71が接続される側(例えば図1乃至図3の右側)を軸方向基端側といい、その反対側(例えば図1乃至図3の左側)を軸方向先端側という。また、単に周方向といったときは、電力ケーブル接続構造体10の中心軸周りの周方向を意味するものとし、単に径方向といったときは、中心軸を中心とした電力ケーブル接続構造体10の径方向を意味するものとする。
内部導体22は、軸方向に長尺な略棒状を呈している。内部導体22は、その軸方向先端側の端部を碍管21から突出させつつ、碍管21内に埋設されている。碍管21から突出した内部導体22の端部は、当該露出部に固定された端子金具11を介して、電力ケーブル71の接続先となる図示しない電気経路に電気的に接続される。
内部導体22の軸方向基端側の端部には、軸方向基端側に開口する有底筒状部220が形成されている。有底筒状部220は、底壁部221と、底壁部221から軸方向基端側に延設された中空の筒壁部222とを有する。
底壁部221の外周面は、軸方向基端側に向かうほど拡径するようなテーパ状に形成されている。底壁部221には、軸方向基端側に突出したボス部221aが形成されている。ボス部221aには、雌ねじ孔が設けられており、内部導体22と電力ケーブル71とを着脱可能に接続するためのコンタクト部材4がボルト締結されている。コンタクト部材4の詳細は、後述する。
筒壁部222は、底壁部221の外周縁から軸方向基端側に延設されており、コンタクト部材4を介した電力ケーブル71と内部導体22との接続部を囲っている。筒壁部222は、底壁部221から軸方向に沿ってまっすぐ形成された軸方向筒部222aと、軸方向筒部222aから軸方向基端側に向かうほど内径及び外径の双方が大きくなる拡径部222bとを有する。そして、筒壁部222は、その内周面が碍管21から露出している。有底筒状部220の軸方向筒部222a内に、コンタクト部材4が配されている。
図3に示すごとく、コンタクト部材4は、例えばチューリップコンタクトとすることができ、内部導体22と電力ケーブル71とを着脱可能に接続する。コンタクト部材4は、軸方向に長尺な導体を円状に並べた本体部41と、本体部41を内周側に締め付ける締付ばね部42と、本体部41の内周部に嵌合された環状の固定板部43とを有する。本体部41は、軸方向基端側の端部が、電力ケーブル71に接続された後述の接続端子72に外嵌されているとともに、軸方向先端側の端部が内部導体22のボス部221aに外嵌されており、これによって接続端子72と内部導体22との双方に電気的に接続されている。コンタクト部材4の軸方向両端部のそれぞれの外周側に、締付ばね部42が巻回されている。固定板部43は、接続端子72の軸方向先端側の位置において、本体部41の内周部に嵌合している。コンタクト部材4は、ボルトB6を、固定板部43に形成された貫通孔431に挿通するとともに内部導体22の雌ねじ孔22aに螺合することで、内部導体22に対して固定されている。なお、コンタクト部材4は、電力ケーブル71と内部導体22とを電気的に中継することができれば、チューリップコンタクト以外の構成を採用することも可能である。
図1及び図2に示すごとく、碍管21は、エポキシ樹脂を軸方向に長尺な概略管状に形成してなる。特に、電力ケーブル接続構造体10が鉄道車両8の屋根81等の屋外に設置される場合、碍管21を構成する樹脂としては耐候性に優れたエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
碍管21の外周部には、外周側に突出した環状の笠部211が、軸方向の複数箇所に所定間隔で設けられている。碍管21に複数の笠部211を形成することにより、碍管21の外周面の沿面距離を確保することができ、碍管21の表面に沿った沿面放電の発生を抑制することができる。本形態において、複数の笠部211のそれぞれの外径は、互いに同等である。複数の笠部211のうち最大の外径を有する笠部211の外径を最大外径、複数の笠部211のうち最小の外径を有する笠部211の外径を最小外径としたとき、最小外径に対する最大外径の比率、すなわち「最大外径/最小外径」は、1.1以下が好ましく、1.05以下がさらに好ましい。また、本形態において、各笠部211の外径は、碍管21の軸方向基端側の端部の外径と同等である。
碍管21の外周面には、電界遮蔽層5が形成されている。電界遮蔽層5は、碍管21の軸方向基端側の端部の位置から、碍管21の複数の笠部211のうちの最も軸方向基端側に位置する笠部211の手前の位置までにわたって形成されている。本形態において、電界遮蔽層5は、後述の埋設導電部材25よりも軸方向先端側の位置まで形成されている。電界遮蔽層5は、碍管21の外周面の全周に形成されている。電界遮蔽層5は、その内周側の領域の電界を遮蔽することによって、碍管21の周囲における電界強度が高くなることを抑制する役割を有する。電界遮蔽層5は、例えば、碍管21の外周面に塗布された導電性塗料からなる。電界遮蔽層5を導電性塗料からなる層とすることにより、電界遮蔽層5の軽量化、及び薄肉化を図ることができる。
碍管21の内周面は、ストレスコーン73が接触して配置される配置面212を有する。配置面212は、その内側に配されるストレスコーン73の外形形状に対応した形状を有しており、本形態においては、軸方向基端側に向かうほど外周側に向かう傾斜配置面212aを少なくとも有する。また、碍管21の内周面は、傾斜配置面212aから軸方向基端側に、軸方向に沿って形成された円筒面213を備える。円筒面213の軸方向先端側の部位も、ストレスコーン73が接触して配置される配置面212を構成する。碍管21における配置面212の外周側には、碍管21をフランジ部材3に固定するための複数のナット部材24が埋設されている。
図3に示すごとく、ナット部材24は、軸方向に長尺であり、軸方向基端側の端面に開口する雌ねじ孔240が設けられた袋ナットである。ナット部材24は、その軸方向基端側の端部が碍管21から露出している。そして、各ナット部材24に、フランジ部材3がボルトB1によって締結されている。
図2に示すごとく、フランジ部材3は、機器箱82に取り付けられている。機器箱82は、鉄道車両8の屋根81に設けられた状態においては接地電位となり、これに伴い、電力ケーブル接続装置を使用している状態において、フランジ部材3は、機器箱82と同電位、すなわち接地電位となる。
図4は、フランジ部材3の側面図である。図5は、フランジ部材3の断面図である。図6は、フランジ部材3の正面図である。図7は、フランジ部材3の背面図である。フランジ部材3は、カップ状を呈しており、フランジ底部31、フランジ側部32、及びフランジ取付部33を有する。フランジ底部31は、中央部に開口穴311が設けられた円板状に形成されており、図3に示すごとく、碍管21の軸方向基端側の端面と軸方向に対向している。ボルトB1がフランジ底部31に設けられた貫通孔310に挿通されるとともにナット部材24の雌ねじ孔240に螺合されることによって、フランジ部材3が碍管21に固定されている。フランジ部材3と碍管21との固定部位は、取付面331よりも軸方向基端側に配されている。それゆえ、取付面331から軸方向先端側(すなわち機器箱82の内部空間82a)に突出する碍管ユニット1の突出長さを小さくすることができる。機器箱82内には、複数の配線が搭載されていることも多く、機器箱82内に碍管ユニット1が大きく突出した場合、近傍の配線との電気的絶縁性が低下し得るところ、機器箱82の内部空間82aに突出する碍管ユニット1の突出長さを小さくすることにより、碍管ユニット1近傍の配線との電気的絶縁性が低下することを抑制することができる。また、碍管ユニット1における取付面331より軸方向先端側の部位(すなわち、機器箱82の内部空間82aに挿入される部位)が大型化することを抑制することができる。これに伴い、碍管ユニット1における取付面331より軸方向先端側の部位が挿入される機器箱82の取付穴821aを小さくすることが可能となる。本形態においては、フランジ部材3と碍管21との固定部位は取付面331よりも軸方向基端側に配されており、これにより、取付穴821aを一層小さくすることが可能となる。換言すれば、本形態における電力ケーブル接続構造体10は、小径の取付穴821aから機器箱82の内部空間82aに挿入可能であり、鉄道車両用途に特有の小型化の要請に資する構造ということができる。
図4及び図5に示すごとく、フランジ側部32は、円筒状に形成されている。フランジ側部32には、外周面が外周側に隆起するとともに内周面が外周側に向かって凹んだ部材配置部321が、周方向の三箇所に形成されている。部材配置部321には、部材配置部321の内周側に形成された凹部321aの底面321bに開口する雌ねじ孔321cが形成されている。図3に示すごとく、雌ねじ孔321cにはボルトB2が螺合されており、当該ボルトB2を用いて後述の接続部材6がフランジ部材3に固定されている。
凹部321aの軸方向先端側は、傾斜面321dによって閉塞されている。傾斜面321dは、軸方向先端側に向かうほど内周側に向かうよう傾斜した面である。凹部321aの軸方向先端側を閉じる面を傾斜面321dのように傾斜した面とすることにより、接続部材6の周囲の空間を広くすることができ、接続部材6をフランジ部材3及び後述の埋設導電部材25に固定する作業中に、接続部材6がフランジ部材3、碍管21等に干渉することを防止することができる。
フランジ取付部33は、フランジ側部32の軸方向先端側の端部から軸方向に直交する方向の両側に突出するよう一対設けられている。各フランジ取付部33は、その軸方向先端側の面が、機器箱82に取り付けられる取付面331を構成している。図2及び図3に示すごとく、碍管ユニット1は、機器箱82に設けられた取付穴821aから機器箱82の内部空間82aに挿入されており、フランジ取付部33の取付面331は、機器箱82の取付穴821a周辺の壁部と対向している。
フランジ取付部33及び機器箱82のそれぞれには、互いに連通するボルト挿通孔33a,821bが形成されている。フランジ取付部33及び機器箱82は、ボルトB3をボルト挿通孔33a、及びボルト挿通孔821bに挿通するとともに、ボルト挿通孔821bから軸方向先端側に突出したボルトB3にナットNを螺合させることにより、互いにボルト締結されている。フランジ取付部33が、鉄道車両8の屋根81に設置された機器箱82に締結された状態において、フランジ取付部33は、機器箱82と同電位、すなわち接地電位となる。フランジ部材3と電気的に接続されるよう、アース電極23が碍管21内に埋設されている。
アース電極23は、軸方向に沿った円筒状に形成されており、内部導体22の一部及びコンタクト部材4を外周側から囲っている。アース電極23は、全体が碍管21に埋設されており、碍管21の外部に露出していない。本形態において、アース電極23は、金属メッシュを筒状にしたものであり、多数の孔(すなわち網目部分)が形成されている。アース電極23を多数の孔が形成されたものとすることにより、碍管21の成形不良を抑制することができる。すなわち、碍管21は成形型にアース電極23等を配置したインサート成形にて形成されるところ、インサート成形時、碍管21を構成する溶融状態のエポキシ樹脂は金属メッシュの網目を通過し、アース電極23の内外周に十分に流入され、成形不良の発生が抑制される。アース電極23の軸方向の両端部のそれぞれは、内周側に向けて巻き回された形状を有する。なお、アース電極23は、金属メッシュに限られず、筒状の導体にスリットやパンチ孔等の多数の孔が形成されたもの、孔が形成されていない筒状の導体等、周囲の電界を遮蔽することができれば他の構造のものを採用することも可能である。
アース電極23の軸方向基端側の端部の位置は、配置面212よりも軸方向先端側に離れた位置にある。また、アース電極23の軸方向基端側の端部の位置は、軸方向筒部222aと拡径部222bとの境界位置よりも僅かに軸方向先端側に形成されている。さらに、アース電極23の軸方向基端側の端部の位置は、取付面331よりも軸方向基端側に位置している。径方向から見たとき、アース電極23の軸方向基端側の部位は、電界遮蔽層5の軸方向先端側の部位と重なっている。これにより、アース電極23及び電界遮蔽層5によって、軸方向の広い範囲にて、電界を遮蔽することが可能となり、碍管21の外周側の電界を一層緩和することが可能となる。
アース電極23の軸方向先端側の端部の位置は、取付面331よりも軸方向先端側にある。また、アース電極23の軸方向先端側の端部の位置は、内部導体22の有底筒状部220の底壁部221よりも軸方向先端側に位置している。なお、これに限られず、アース電極23の軸方向先端側の端部の位置は、例えば有底筒状部220の底壁部221と軸方向筒部222aとの境界よりも軸方向基端側に位置していてもよい。
さらに、アース電極23の軸方向先端側の端部の位置は、後述の大径笠間面214aのうちの軸方向先端側の端部の位置よりも軸方向基端側に位置している。大径笠間面214aは、碍管21の外周面における軸方向に隣り合う笠部211をつなぐ笠間面214のうち、他の笠間面214よりも外径が大きくなった笠間面214である。本形態において、大径笠間面214aは、複数の笠間面214のうち、軸方向基端側の端部に位置する笠間面214及び当該笠間面の軸方向先端側に隣り合う笠間面214である。アース電極23は、これに接続された埋設導電部材25を介して碍管21の外部と導通可能に構成されている。
図3に示すごとく、埋設導電部材25は、アース電極23から径方向外側に延在する円柱状の導体であり、径方向外側の端部を露出させつつ碍管21に埋設されている。埋設導電部材25は、碍管21の外周面における電界遮蔽層5が形成された領域に露出している。
図8は、アース電極23及び複数の埋設導電部材25と、複数の接続部材6との側面図である。埋設導電部材25のアース電極23側の端部は、アース電極23に溶接等により接合されている。本形態において、アース電極23には、周方向の三箇所に埋設導電部材25が接続されている。三つの埋設導電部材25は、軸方向の同位置に形成されるとともに、周方向に90°おきに形成されている。埋設導電部材25には、径方向外側に開口する雌ねじ孔251が形成されている。埋設導電部材25には、接続部材6がボルトB4を用いて締結されている。
図8に示すごとく、接続部材6は、三つ設けられており、三つの埋設導電部材25にそれぞれ接続されている。接続部材6は、長尺板状の導体を折り曲げてなり、第1接続部61、傾斜部62、及び第2接続部63を備える。
図3に示すごとく、第1接続部61は、軸方向に沿って形成されており、電界遮蔽層5を介して埋設導電部材25に径方向に重ねられている。第1接続部61は、ボルトB4を、第1接続部61に形成された貫通孔611に挿通するとともに埋設導電部材25の雌ねじ孔251に螺合することにより、埋設導電部材25に締結されている。第1接続部61がボルトB4を用いて埋設導電部材25に締結された状態において、接続部材6、電界遮蔽層5、埋設導電部材25、及びアース電極23は、互いに電気的に接続された状態となる。
傾斜部62は、第1接続部61と第2接続部63とを連結するよう形成されており、軸方向基端側に向かうにつれて径方向外側へ向かうよう傾斜して形成されている。傾斜部62は、フランジ部材3の傾斜面321dと対向している。
第2接続部63は、軸方向に沿って形成されており、部材配置部321の凹部321aの底面321bに重ねられている。第2接続部63は、ボルトB2を、第2接続部63に形成された貫通孔631に挿通するとともに部材配置部321に設けられた雌ねじ孔321cに螺合することにより、フランジ部材3に締結されている。第2接続部63及びボルトB2は、フランジ側部32の部材配置部321内に収まるよう配されている。碍管ユニット1には、フランジ部材3の軸方向基端側から、ケーブルアッシー7が接続される。
(ケーブルアッシー7)
図1及び図2に示すごとく、ケーブルアッシー7は、電力ケーブル71、接続端子72、ストレスコーン73、圧縮装置74、及びカバー部材75を備える。電力ケーブル71は、中心から順に、ケーブル導体711、ケーブル内部半導電層(図示略)、ケーブル絶縁体712、ケーブル外部半導電層713、ケーブルシールド層714、及びケーブルシース715を備える。電力ケーブル71は、軸方向先端側から順に、ケーブル導体711、ケーブル絶縁体712、ケーブル外部半導電層713、ケーブルシールド層714が露出するよう段剥ぎされている。
接続端子72は、ケーブル導体711にかしめられており、ケーブル導体711に着脱不能に固定されている。接続端子72は、電力ケーブル71をコンタクト部材4に接続するための端子であり、その軸方向先端側の端部が、コンタクト部材4に挿入嵌合される。接続端子72は、コンタクト部材4に押し込んで挿入することができるとともに、コンタクト部材4から引き抜くこともできるよう、コンタクト部材4に着脱可能に接続されている。
ストレスコーン73は、ケーブル絶縁体712及びケーブル外部半導電層713の外周部に嵌合されている。ストレスコーン73は、圧縮装置74によって軸方向に圧縮されており、電力ケーブル71と碍管21の配置面212との双方に接触している。
本形態において、ストレスコーン73は、二部材から構成されており、軸方向先端側に絶縁部731、軸方向基端側に半導電部732を備える。絶縁部731の外周面は、その軸方向先端側の端部から軸方向基端側に向かうにつれて傾斜する傾斜外周面731aを有し、傾斜外周面731aが、碍管21の傾斜配置面212aに接触している。半導電部732は、内周部がケーブル外部半導電層713に接触しており、ケーブル外部半導電層713を介して接地電位に接続される。ストレスコーン73の軸方向先端側において、電力ケーブル71の外周部には、環状のストッパー76が嵌合されている。ストッパー76は、圧縮装置74からストレスコーン73に軸方向に作用する圧縮力を受ける役割を有し、内部導体22の軸方向基端側の端面に当接している。
圧縮装置74は、ストレスコーン73を軸方向に圧縮させるためのものである。圧縮装置74は、軸方向先端側がストレスコーン73に当接しており、軸方向基端側がカバー部材75に係止されている。そして、圧縮装置74は、例えばコイルバネ741の反力によって、ストレスコーン73を軸方向先端側に向けて押圧している。本形態において、圧縮装置74の全体は、導電性を有する素材からなるが、少なくとも一部が導電性を有さない素材から構成されていてもよい。
カバー部材75は、互いに固定された第1カバー751と第2カバー752とを有する。第1カバー751は、フランジ底部31に螺合されたスタッドボルト77等を用いてフランジ部材3に締結されている。第1カバー751は、電力ケーブル接続構造体10において、フランジ部材3から軸方向基端側に突出した電力ケーブル71、ストレスコーン73、及び圧縮装置74を外周側から囲っている。第1カバー751の軸方向基端側の端部と電力ケーブル71との間は、封止部78によって封止されている。封止部78は、粘着材が設けられたポリエチレンテープ、エポキシテープ等を巻き付けて形成されており、第1カバー751と電力ケーブル71との間を液密的に封止している。
第2カバー752は、第1カバー751に第1カバー751の軸方向基端側から固定されており、封止部78を外周側から囲っている。第2カバー752の軸方向基端側の端部は、締付部材70によって締め付けられており、弾性シート79を介して電力ケーブル71に密着している。
(鉄道車両8の屋根81への電力ケーブル接続構造体10の取付構造)
図9は、電力ケーブル接続構造体10が取り付けられた鉄道車両8の平面図である。図10は、電力ケーブル接続構造体10が取り付けられた鉄道車両8の側面図である。なお、図9及び図10においては、便宜上、電力ケーブル接続構造体10と機器箱82とを締結するボルト(図2及び図3の符号B3参照)及びナット(図2及び図3の符号N参照)の図示は省略している。
電力ケーブル接続構造体10の取付対象となる鉄道車両8には、屋根81の上に機器箱82が設置されている。機器箱82は、上下方向に沿った側壁821と、側壁821を上側から閉塞する蓋部822とを備える。側壁821には、電力ケーブル接続構造体10を挿入するための前述の取付穴821aが設けられている。
図10に示すごとく、鉄道車両8の屋根81の上側にはトロリ線100が存在することとなるため、側壁821の高さには制限がある。これに伴い、側壁821に形成可能な取付穴821aの直径も制限される。そのため、特に鉄道車両8の屋根81上に配される機器箱82に取り付けられる電力ケーブル接続構造体10においては、小径の取付穴821aから機器箱82の内部空間82aに挿入可能とすべく、小型化の要請が顕著である。
また、機器箱82の内部空間82aには、図示は省略するが、種々の高圧機器、高圧電気経路(例えばバスバ―)等が収納されるため、内部空間82aへの碍管ユニット1の突出量を減らすことが望まれる。特に鉄道車両8の屋根81上に配される機器箱82においては、前述のように高さが制限されているため、内部空間82aのスペースの制限が顕著である。そのため、特に鉄道車両8の屋根81上に配される機器箱82に取り付けられる電力ケーブル接続構造体10においては、内部空間82aへの突出量低減の要請が顕著である。
また、電力ケーブル接続構造体10における機器箱82外に露出した電力ケーブル71は、鉄道車両8の屋根81に、クランプ83を用いて固定されている。クランプ83は、機器箱82外の電力ケーブル71を上側から覆うとともに、屋根81の被固定部811にボルトB5を用いて締結されている。鉄道車両8の屋根81上の被固定部811の位置は鉄道車両8ごとに予め決まっていることがある。そのため、ケーブルアッシー7において露出する電力ケーブル71における軸方向先端側の端部の位置Pが、取付面331から軸方向基端側に離れ過ぎている場合、クランプ83を用いて電力ケーブル71を被固定部811に固定することが難しくなる。例えば、位置Pが取付面331から軸方向基端側に離れすぎている場合であって、電力ケーブル71よりも外径の大きいカバー部材75等が被固定部811の上側に配された場合、クランプ83を用いて電力ケーブル71を被固定部811に固定できなくなる場合が想定される。そのため、位置Pは、取付面331から離れ過ぎないことが要請される。また、鉄道車両8の屋根81の上は、スペースが制限されていることからも、位置Pが取付面331から軸方向基端側に離れすぎないことが要請される。
以上のような要請を実現すべく、本形態においては、取付面331と電力ケーブル接続構造体10の各部との位置関係を工夫している。これについて、以下説明する。
(取付面331と電力ケーブル接続構造体10の各部との位置関係)
次に、取付面331と、電力ケーブル接続構造体10の各部との位置関係につき、説明する。なお、所定の部位が、取付面331に対して、軸方向先端側又は軸方向基端側に位置しているとは、特に言及しない限り、所定の部材の少なくとも一部が、取付面331に対して、軸方向先端側又は軸方向基端側に位置していることを意味するものとする。
図1乃至図3に示すごとく、本形態においては、取付面331よりも軸方向基端側に、フランジ部材3が位置している。これにより、碍管ユニット1における取付面331より軸方向先端側の部位(すなわち機器箱82の内部空間82aに挿入される部位)が大型化することを抑制することができる。これに伴い、碍管ユニット1における取付面331より軸方向先端側の部位が挿入される機器箱82の取付穴821aを小さくすることが可能となる。本形態においては、フランジ部材3の全体が、取付面331よりも軸方向基端側に配されており、これにより、取付穴821aを一層小さくすることが可能となる。
また、取付面331よりも軸方向基端側に、配置面212が位置している。配置面212は、ストレスコーン73を挿入可能とすべく、その内径をある程度大きくする必要があり、これに伴い、特に工夫しなければ碍管21における配置面212が形成された軸方向領域の外径も大きくなる。そのため、配置面212が取付面331よりも軸方向基端側に配されることにより、碍管ユニット1における取付面331より軸方向先端側の部位(すなわち機器箱82の内部空間82aに挿入される部位)が大型化することを抑制することができる。これに伴い、機器箱82の取付穴821aを小さくすることが可能となる。本形態においては、配置面212の全体が、取付面331よりも軸方向基端側に配されており、これにより、取付穴821aを一層小さくすることが可能となる。
また、取付面331よりも軸方向基端側にフランジ部材3及び配置面212を配することにより、碍管ユニット1における取付面331から軸方向先端側の部位が軸方向に長尺化することを抑制することができる。これにより、機器箱82の内部空間82aに碍管ユニット1が大きく突出することを抑制することができる。
また、取付面331よりも軸方向先端側に、コンタクト部材4が位置している。これにより、ケーブルアッシー7の全体位置を、取付面331を基準としてより軸方向先端側に配することができる。これに伴い、ケーブルアッシー7において露出する電力ケーブル71の最も軸方向先端側の位置Pが、取付面331から大きく軸方向基端側に離れることを抑制することができる。さらに、本形態において、コンタクト部材4の全体が取付面331よりも軸方向先端側に配されている。そのため、位置Pを、取付面331により近い位置とすることができる。
また、取付面331よりも軸方向先端側に、アース電極23が位置している。アース電極23は、その内周側の領域の電界を遮蔽することで碍管21の周囲の電界を緩和しているため、碍管21にアース電極23を埋設することにより、碍管21におけるアース電極23周囲の外径を小さくすることが可能となる。そのため、アース電極23が取付面331よりも軸方向先端側に配されることにより、碍管21における取付面331より軸方向先端側の部位(すなわち機器箱82の内部空間82aに挿入される部位)が大型化することを抑制することができる。これに伴い、機器箱82の取付穴821aを小さくすることが可能となる。本形態において、アース電極23は、軸方向のアース電極23の形成領域の半分を超える領域が、取付面331よりも軸方向先端側に配されている。これにより、取付面331よりも軸方向先端側の領域において、碍管21周囲の電界をより緩和することが可能となり、碍管21における取付面331から軸方向先端側の部位の外径をより小径化することが可能となる。これに伴い、取付穴821aを一層小さくすることが可能となる。
また、アース電極23は、軸方向における取付面331の位置を跨ぐよう配されている。すなわち、アース電極23は、その軸方向先端側の端部が取付面331よりも軸方向先端側に位置しているとともに、その軸方向基端側の端部が取付面331よりも軸方向基端側に位置している。そのため、アース電極23の軸方向基端側から碍管21の外部における取付面331周辺へ電界が漏れることを抑制することができ、取付面331近傍の電界を一層緩和することが可能となる。
また、コンタクト部材4に接続される接続端子72は、取付面331よりも軸方向先端側に配されている。これにより、ケーブルアッシー7の全体位置を、取付面331を基準としてより軸方向先端側に配することができる結果、位置Pが、取付面331から大きく軸方向基端側に離れることを抑制することができる。また、接続端子72は、軸方向における取付面331の位置を跨ぐように形成されている。すなわち、接続端子72は、その軸方向先端側の端部が、取付面331よりも軸方向先端側に位置しているとともに、その軸方向基端側の端部が、取付面331よりも軸方向基端側に位置している。より具体的には、接続端子72は、コンタクト部材4に挿入される部位が、取付面331よりも軸方向先端側に位置しており、電力ケーブル71のケーブル導体711にかしめられる部位が、取付面331よりも軸方向基端側に位置している。接続端子72が軸方向における取付面331の位置を跨ぐように形成されることにより、接続端子72の位置が取付面331を基準として軸方向先端側に離れ過ぎ、碍管ユニット1が取付面331から軸方向先端側に大きく突出しすぎることを抑制することができる。
また、内部導体22は、取付面331よりも軸方向先端側に軸方向筒部222aが配されており、取付面331よりも軸方向基端側に拡径部222bが配されている。すなわち、外径が比較的小さくなる軸方向筒部222aが取付面331よりも軸方向先端側に位置しており、外径が比較的大きくなる拡径部222bが取付面331より軸方向基端側に位置している。これにより、碍管ユニット1における取付面331から軸方向先端側の部位(すなわち機器箱82の内部空間82aに挿入される部位)の外径が大きくなることを抑制することができる。その結果、取付穴821aを小さくすることが可能となる。軸方向筒部222aは、軸方向における取付面331の位置を跨ぐよう配されており、拡径部222bは、全体が取付面331よりも軸方向基端側に配されている。
また、埋設導電部材25は、取付面331よりも軸方向先端側において、碍管21から露出している。本形態において、埋設導電部材25は、全体が取付面331よりも軸方向先端側に配されている。それゆえ、碍管21にフランジ部材3を固定した状態で、ボルトB4を用いて埋設導電部材25に接続部材6を締結することが可能となる。
また、埋設導電部材25とフランジ部材3とに電気的に接続された接続部材6は、フランジ側部32の内周側に固定されている。それゆえ、機器箱82内において、電界強度が高くなる領域が形成されることを防止することができる。例えば、接続部材6を、フランジ部材3の取付面331に固定した場合は、接続部材6を固定するためのボルト等が取付面331から機器箱82内に突出し、前記ボルト周辺の電界強度が高くなるおそれがある。そこで、接続部材6を、フランジ側部32の内周側に固定することにより、接続部材6をフランジ部材3に固定するためのボルトB2等が機器箱82内に大きく突出し、機器箱82内に電界強度が高くなる部分が形成されることを抑制することができる。
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
[1]電力ケーブル(71)の端末に電気的に接続される内部導体(22)と、前記内部導体(22)に取り付けられるとともに、前記電力ケーブル(71)と前記内部導体(22)とを電気的に接続するコンタクト部材(4)と、前記内部導体(22)を覆う碍管(21)と、前記碍管(21)の内側に埋設されるとともに前記内部導体(22)を囲むよう形成されたアース電極(23)と、外部の被取付部材に取り付けられる取付面(331)を有するとともに前記碍管(21)に固定されたフランジ部材(3)と、を備える鉄道車両(8)用の碍管ユニット(1)であって、前記碍管(21)の内周面は、前記電力ケーブル(71)に取り付けられたストレスコーン(73)が配置される配置面(212)を有し、前記内部導体(22)における前記電力ケーブル(71)の前記端末が接続される側を基端側、前記基端側と反対側を先端側としたとき、前記取付面(331)よりも前記基端側に、前記フランジ部材(3)及び前記配置面(212)が位置しており、前記取付面(331)よりも前記先端側に、前記コンタクト部材(4)及び前記アース電極(23)が位置している、鉄道車両(8)用の碍管ユニット(1)。
[2]前記フランジ部材(3)は、前記碍管(21)の前記基端側の面に対向するとともに前記碍管(21)に固定されるフランジ底部(31)と、前記フランジ底部(31)から前記先端側に形成されたフランジ側部(32)と、前記フランジ側部(32)から前記フランジ部材(3)の外周側に形成され、前記先端側の面に前記取付面(331)を有するフランジ取付部(33)とを有する、[1]に記載の碍管ユニット(1)。
[3]前記コンタクト部材(4)の全体は、前記取付面(331)よりも前記先端側に配されている、[1]又は[2]に記載の碍管ユニット(1)。
[4]前記アース電極(23)は、軸方向における前記取付面(331)の位置を跨ぐよう配されている、[1]乃至[3]のいずれか1つに記載の碍管ユニット(1)。
[5]前記アース電極(23)は、軸方向の前記アース電極(23)の形成領域の半分を超える領域が、前記取付面(331)よりも前記先端側に配されている、[1]乃至[4]のいずれか1項に記載の碍管ユニット(1)。
[6]前記フランジ部材(3)の全体は、前記取付面(331)よりも前記基端側に配されている、[1]乃至[5]のいずれか1つに記載の碍管ユニット(1)。
[7]前記内部導体(22)の前記基端側の端部には、前記基端側に開口するとともに内側に前記コンタクト部材を配した有底筒状の有底筒状部(220)が形成されており、前記有底筒状部(220)は、底壁部(221)と、前記底壁部(221)から前記基端側に延設された筒壁部(222)とを有し、前記筒壁部(222)は、前記底壁部(221)から軸方向に沿って形成された軸方向筒部(222a)と、前記軸方向筒部(222a)から前記基端側に向かうほど内径及び外径の双方が大きくなる拡径部(222b)とを有し、前記取付面(331)よりも前記先端側に前記軸方向筒部(222a)が配されており、前記取付面(331)よりも前記基端側に前記拡径部(222b)が配されている、[1]乃至[6]のいずれか1つに記載の碍管ユニット(1)。
[8]一部を露出させつつ前記碍管(21)に埋設されるとともに前記アース電極(23)に電気的に接続された埋設導電部材(25)をさらに備え、前記埋設導電部材(25)は、前記取付面(331)よりも前記先端側において、前記碍管(21)から露出している、[1]乃至[7]のいずれか1つに記載の碍管ユニット(1)。
[9]前記碍管(21)の外周面における、前記アース電極(23)よりも前記基端側には、電界を遮蔽するとともに、導電性塗料からなる電界遮蔽層(5)が形成されている、[1]乃至[8]のいずれか1つに記載の碍管ユニット(1)。
[10]前記電界遮蔽層(5)の一部は、前記アース電極(23)と径方向に重なる位置に形成されている、[9]に記載の碍管ユニット(1)。
[11]前記取付面(331)から前記先端側の部位が、鉄道車両(8)の屋根(81)上に設置された前記被取付部材としての機器箱(82)の側壁(821)に設けられた取付穴(821a)から前記機器箱(82)内に挿入されるとともに、前記電力ケーブル(71)が、前記機器箱(82)の外側において、クランプ(83)を用いて前記屋根(81)に固定されて用いられる、[1]乃至[10]のいずれか1つに記載の碍管ユニット(1)。
[12]一部を露出させつつ前記碍管(21)に埋設されるとともに前記アース電極(23)に電気的に接続された埋設導電部材(25)と、前記埋設導電部材(25)と前記フランジ部材(3)とに電気的に接続された接続部材(6)とをさらに備え、前記フランジ部材(3)は、前記取付面(331)を有するフランジ取付部(33)と、前記フランジ取付部(33)から前記基端側に形成されるとともに前記碍管(21)を囲むフランジ側部(32)とを備え、前記接続部材(6)は、前記フランジ側部(32)の内周側に固定されている、[1]乃至[11]のいずれか1つに記載の碍管ユニット(1)。
[13][1]乃至[12]のいずれか1つに記載の碍管ユニット(1)と、前記碍管ユニット(1)に組み付けられたケーブルアッシー(7)とを備える鉄道車両(8)用の電力ケーブル接続構造体(10)であって、前記ケーブルアッシー(7)は、前記電力ケーブル(71)と、前記電力ケーブル(71)において露出したケーブル導体(711)に電気的に接続された接続端子(72)と、前記ストレスコーン(73)とを備え、前記接続端子(72)は、前記コンタクト部材(4)に電気的に接続されており、かつ、前記取付面(331)よりも前記先端側に位置している、鉄道車両(8)用の電力ケーブル接続構造体(10)。
[14]前記接続端子(72)は、軸方向における前記取付面(331)の位置を跨ぐよう配されている、[13]に記載の鉄道車両(8)用の電力ケーブル接続構造体(10)。
(付記)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、前述した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
1…碍管ユニット
10…電力ケーブル接続構造体
21…碍管
212…配置面
22…内部導体
220…有底筒状部
221…底壁部
222…筒壁部
222a…軸方向筒部
222b…拡径部
23…アース電極
25…埋設導電部材
3…フランジ部材
31…フランジ底部
32…フランジ側部
33…フランジ取付部
331…取付面
4…コンタクト部材
5…電界遮蔽層
6…接続部材
7…電力ケーブル接続構造体
71…電力ケーブル
711…ケーブル導体
72…接続端子
73…ストレスコーン
8…鉄道車両
81…屋根
82…機器箱
821…側壁
821a…取付穴
83…クランプ

Claims (13)

  1. 電力ケーブルの端末に電気的に接続される内部導体と、
    前記内部導体に取り付けられるとともに、前記電力ケーブルと前記内部導体とを電気的に接続するコンタクト部材と、
    前記内部導体を覆う碍管と、
    前記碍管の内側に埋設されるとともに前記内部導体を囲むよう形成されたアース電極と、
    外部の被取付部材に取り付けられる取付面を有するとともに前記碍管に固定されたフランジ部材と、を備える鉄道車両用の碍管ユニットであって、
    前記碍管の内周面は、前記電力ケーブルに取り付けられたストレスコーンが配置される配置面を有し、
    前記内部導体における前記電力ケーブルの前記端末が接続される側を基端側、前記基端側と反対側を先端側としたとき、前記取付面よりも前記基端側に、前記フランジ部材及び前記配置面が位置しており、前記取付面よりも前記先端側に、前記コンタクト部材及び前記アース電極が位置しており、
    前記フランジ部材は、前記碍管の前記基端側の面に対向するとともに前記碍管に固定されるフランジ底部と、前記フランジ底部から前記先端側に形成されたフランジ側部と、前記フランジ側部から前記フランジ部材の外周側に形成され、前記先端側の面に前記取付面を有するフランジ取付部とを有する、鉄道車両用の碍管ユニット。
  2. 前記コンタクト部材の全体は、前記取付面よりも前記先端側に配されている、
    請求項1に記載の碍管ユニット。
  3. 前記アース電極は、軸方向における前記取付面の位置を跨ぐよう配されている、
    請求項1又は2に記載の碍管ユニット。
  4. 前記アース電極は、軸方向の前記アース電極の形成領域の半分を超える領域が、前記取付面よりも前記先端側に配されている、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の碍管ユニット。
  5. 前記フランジ部材の全体は、前記取付面よりも前記基端側に配されている、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の碍管ユニット。
  6. 前記内部導体の前記基端側の端部には、前記基端側に開口するとともに内側に前記コンタクト部材を配した有底筒状の有底筒状部が形成されており、
    前記有底筒状部は、底壁部と、前記底壁部から前記基端側に延設された筒壁部とを有し、
    前記筒壁部は、前記底壁部から軸方向に沿って形成された軸方向筒部と、前記軸方向筒部から前記基端側に向かうほど内径及び外径の双方が大きくなる拡径部とを有し、
    前記取付面よりも前記先端側に前記軸方向筒部が配されており、
    前記取付面よりも前記基端側に前記拡径部が配されている、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の碍管ユニット。
  7. 一部を露出させつつ前記碍管に埋設されるとともに前記アース電極に電気的に接続された埋設導電部材をさらに備え、
    前記埋設導電部材は、前記取付面よりも前記先端側において、前記碍管から露出している、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の碍管ユニット。
  8. 前記碍管の外周面における、前記アース電極よりも前記基端側には、電界を遮蔽するとともに、導電性塗料からなる電界遮蔽層が形成されている、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の碍管ユニット。
  9. 前記電界遮蔽層の一部は、前記アース電極と径方向に重なる位置に形成されている、
    請求項に記載の碍管ユニット。
  10. 前記取付面から前記先端側の部位が、鉄道車両の屋根上に設置された前記被取付部材としての機器箱の側壁に設けられた取付穴から前記機器箱内に挿入されるとともに、前記電力ケーブルが、前記機器箱の外側において、クランプを用いて前記屋根に固定されて用いられる、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の碍管ユニット。
  11. 一部を露出させつつ前記碍管に埋設されるとともに前記アース電極に電気的に接続された埋設導電部材と、
    前記埋設導電部材と前記フランジ部材とに電気的に接続された接続部材とをさらに備え、
    前記フランジ部材は、前記取付面を有するフランジ取付部と、前記フランジ取付部から前記基端側に形成されるとともに前記碍管を囲むフランジ側部とを備え、
    前記接続部材は、前記フランジ側部の内周側に固定されている、
    請求項1乃至10のいずれか1項に記載の碍管ユニット。
  12. 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の碍管ユニットと、前記碍管ユニットに組み付けられたケーブルアッシーとを備える鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体であって、
    前記ケーブルアッシーは、前記電力ケーブルと、前記電力ケーブルにおいて露出したケーブル導体に電気的に接続された接続端子と、前記ストレスコーンとを備え、
    前記接続端子は、前記コンタクト部材に電気的に接続されており、かつ、前記取付面よりも前記先端側に位置している、
    鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体。
  13. 前記接続端子は、軸方向における前記取付面の位置を跨ぐよう配されている、
    請求項12に記載の鉄道車両用の電力ケーブル接続構造体。
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