JP7395999B2

JP7395999B2 - 状態監視装置

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Publication number: JP7395999B2
Application number: JP2019218046A
Authority: JP
Inventors: 勇黄; 晃森田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2023-12-12
Anticipated expiration: 2039-12-02
Also published as: JP2021090241A

Description

本開示は、状態監視装置に関する。

例えば、パンタグラフの摺板を支持する支持部材（バネ）の下に弾性体を設け、その弾性体を貫通させた光ファイバのゆがみの検出することで、摺板と架線との間の接触状態（例えば、接触力や接触位置等）を測定する技術が知られている（特許文献１参照）。

特許第４４７６７４５号公報

しかしながら、上記の技術では、光ファイバのひずみ状態から、間接的に、摺板と架線との間の接触状態により変化する弾性体のひずみ状態を測定している。そのため、パンタグラフの温度環境によっては、測定されるひずみ状態の中に、摺板と架線との間の接触に伴う機械的な弾性体のひずみ状態だけでなく、想定される温度状態からの温度変化によって生じる光ファイバのひずみ状態も混在してしまう可能性がある。よって、測定精度の観点で改善の余地がある。

そこで、上記課題に鑑み、鉄道車両のパンタグラフにおいて、より高い精度で摺板と架線との間の接触状態を測定可能な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
パンタグラフの舟体枠に取り付けられ、前記パンタグラフの摺板を下から弾性支持する支持部材が発生させる弾性力を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、架線と前記摺板との間の接触状態を推定する推定部と、を備え、
前記推定部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記摺板における前記架線が接触している幅方向の位置を推定し、推定した前記架線が接触している位置と前記検出部の検出結果とに基づき、前記架線から前記摺板に作用する接触力を推定する、
状態監視装置が提供される。

上述の実施形態によれば、鉄道車両のパンタグラフにおいて、より高い精度で摺板と架線との間の接触状態を計測可能な技術を提供することができる。

パンタグラフの構成の一例を示す図である。パンタグラフ状態監視装置の構成の一例を示す図である。制御装置の制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。架線から摺板に作用する接触力の推定方法の一例を説明する図である。パンタグラフ状態監視装置の構成の他の例を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

［パンタグラフの構成］
まず、図１を参照して、本実施形態に係るパンタグラフ１の基本構成について説明する。

図１は、本実施形態に係るパンタグラフ１の構成の一例を示す図である。

図１では、便宜的に、パンタグラフ１の下枠２０が傾倒する方向を鉄道車両３００の前方向とし、パンタグラフの上枠３０が傾倒する方向を鉄道車両３００の後方向と規定している。鉄道車両３００は、当然の如く、前方向及び後方向の双方向に進行可能である。

パンタグラフ１は、例えば、交流き電方式で電力供給を受ける鉄道車両３００の上部（「屋根部」とも称する）に搭載され、架線（「トロリ線」とも称する）ＯＷから電力を集電する。そして、パンタグラフ１は、集電した電力を鉄道車両３００の駆動電源装置に電力を供給する。駆動電源装置は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータ及びＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）インバータを含む主変換装置（ＣＩ：Converter Inverter）である。また、パンタグラフ１は、直流き電方式で電力供給を受ける鉄道車両３００に搭載されてもよい。

図１に示すように、本実施形態に係るパンタグラフ１は、いわゆるシングルアーム構造を有する。具体的には、パンタグラフ１は、台枠１０と、下枠２０と、上枠３０と、舟体４０と、摺板５０と、釣り合い棒６０と、碍子７０と、風防カバー８０とを含む。

尚、パンタグラフ１は、例えば、菱型のリンク構造やリンク構造の代わりに支柱を用いる翼型等、シングルアーム構造以外の構造を有していてもよい。

台枠１０は、導体（例えば、折り曲げ加工された鋼板の溶接等による組み合わせ構造体）で構成される。台枠１０は、下枠２０及び釣り合い棒６０等が取り付けられ、これらを揺動可能に支持する。また、台枠１０には、例えば、後述するパンタグラフ状態監視装置１００の各種機器が取り付けられてよい。また、台枠１０は、前端部及び後端部で碍子７０（碍子７０Ａ，７０Ｂ）によって、鉄道車両３００の上部に絶縁支持される。

下枠２０は、導体（例えば、鋼管等）により構成され、下端部（基端部）が鉄道車両３００の左右方向に沿う揺動軸２０ａを中心に揺動可能な態様で、台枠１０に支持され、上端部（先端部）が上枠３０の下端部と連結される。これにより、下枠２０は、揺動軸２０ａを基準として、起伏することができる。本例（図１）では、下枠２０は、鉄道車両３００の前方向に傾斜した状態で支持されている。

上枠３０は、導体（例えば、鋼管等）により構成され、下端部が鉄道車両３００の左右方向に沿う揺動軸３０ａを中心に揺動可能な態様で、下枠２０の先端に支持される。これにより、上枠３０は、揺動軸３０ａを基準として、起伏することができる。また、上枠３０の上端部には、舟体４０が取り付けられる。本例（図１）では、上枠３０は、下枠２０と反対側、即ち、鉄道車両３００の後方向に傾斜した状態で支持されている。

下枠２０及び上枠３０は、例えば、揺動軸２０ａに連結されるバネの作用により、起立方向に付勢される。

また、上枠３０の下端部には、釣り合い腕３５が前方に向けて延び出す形で設けられる。釣り合い腕３５は、先端部が鉄道車両３００の左右方向に沿う揺動軸３５ａを中心に揺動可能な態様で、釣り合い棒６０の上端部（先端部）に支持される。

舟体４０は、導体（例えば、鋼管等）により構成され、鉄道車両３００の左右方向に沿う揺動軸を基準として揺動可能な態様で、上枠３０の上端部に支持される。舟体４０は、上枠３０の上端部との連結部を中心として、鉄道車両３００の左右対称に延び出す形で設けられ、その上端部には、摺板５０が取り付けられる。

摺板５０は、導体（例えば、鉄系焼結合金、銅系焼結合金、カーボン等）により構成される。摺板５０は、下枠２０及び上枠３０に作用する起立方向の付勢力によって、架線ＯＷに押し付けられ、鉄道車両３００の走行に伴い、架線ＯＷに対して摺動する。これにより、摺板５０は、架線ＯＷから集電を行い、その電力は、何れも導体で構成される舟体４０、上枠３０、下枠２０、及び台枠１０の順に伝達される。

釣り合い棒６０は、下端部（基端部）が鉄道車両３００の左右方向に沿う揺動軸６０ａを中心に揺動可能に台枠１０に支持され、上端部（先端部）が釣り合い腕３５の先端部に連結される。これにより、釣り合い腕３５及び釣り合い棒６０によるリンク機構によって、下枠２０及び上枠３０の姿勢状態が適切に制御される。

碍子７０は、例えば、磁器製の絶縁体であり、鉄道車両３００の上部（屋根部）において、パンタグラフ１を下から絶縁支持する。具体的には、碍子７０は、下端部が鉄道車両３００の上面に取り付けられ、上端部が台枠１０の前端部及び後端部に取り付けられる。碍子７０は、台枠１０と鉄道車両３００との間の所定の絶縁性を確保するため必要な距離に対応する高さを有する。碍子７０は、碍子７０Ａ，７０Ｂを含む。

碍子７０Ａは、上端部が台枠１０の前端部に取り付けられる。即ち、碍子７０Ａは、台枠１０の前端部を絶縁支持する。

碍子７０Ａは、上下方向に延びる中空部分を有し、その中空部分が上端部及び下端部が開放される中空構造を有する。以下、碍子７０Ｂも同様の構造であってよい。碍子７０Ａの中空部分には、台枠１０の前端部から下方に延び出す形で設けられる電力線９０が貫通する。電力線９０は、鉄道車両３００の上面（屋根部）に前後方向に配設される電力線に接続される。そして、その電力は、鉄道車両３００の上面、及び鉄道車両３００の前端面（即ち、連結される他の鉄道車両との対向面）に配設される電力線を通じて、鉄道車両３００の床下に配置される駆動電源装置に供給される。これにより、駆動電源装置は、その電力を利用して、鉄道車両３００を走行させることができる。

碍子７０Ｂは、上端部が台枠１０の後端部に取り付けられる。即ち、碍子７０Ｂは、台枠１０の後端部を絶縁支持する。

尚、碍子７０の個数は、３以上であってもよい。即ち、台枠１０は、３以上の碍子７０によって、鉄道車両３００の上に絶縁支持されてもよい。

風防カバー８０は、例えば、合成樹脂製であり、パンタグラフ１の台枠１０（台枠１０に取り付けられる機器を含む）、下枠２０、釣り合い棒６０、及び上枠３０の下端部の上方及び側方を覆う。これにより、パンタグラフ１の下枠２０や上枠３０で発生する空力騒音を低減させることができる。また、風防カバー８０の上部には、上枠３０が挿通可能且つ揺動可能な態様の挿通孔が設けられる。これにより、上枠３０は、架線ＯＷと台枠１０との間の高さの変化に合わせて、風防カバー８０と干渉することなく、姿勢を変化させることができる。

尚、風防カバー８０は、省略されてもよい。

［パンタグラフ状態監視装置の構成の一例］
次に、パンタグラフ状態監視装置１００の構成について、説明する。

図２は、パンタグラフ状態監視装置１００の構成の一例を示す図である。図２には、パンタグラフ状態監視装置１００に加えて、パンタグラフ１の舟体４０及び摺板５０が併せて描画される。以下、後述の図５についても同様である。

パンタグラフ状態監視装置１００（状態監視装置の一例）は、パンタグラフ１に関する各種状態を監視する。本実施形態では、パンタグラフ１は、摺板５０と架線ＯＷとの接触状態を監視する。摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態には、例えば、摺板５０の幅方向における架線ＯＷの接触位置（以下、「架線位置」）や架線ＯＷと摺板５０との間の接触力（以下、単に「接触力」）が含まれる。架線ＯＷと摺板５０との間の接触力は、例えば、下枠２０及び上枠３０に作用する起立方向の付勢力による摺板５０と架線ＯＷとの接触に伴い、架線ＯＷから摺板５０に作用する下向きの力、及び摺板５０から架線ＯＷに作用する上向きの力である。

図２に示すように、舟体４０は、舟体枠４１と、支持部材４２とを含む。

舟体枠４１は、舟体４０の本体部であり、左右方向の中央部で上枠３０と連結される。

支持部材４２は、舟体枠４１に取り付けられ、摺板５０を下から弾性支持する。支持部材４２は、摺板５０の上下方向の変位に合わせて上下に弾性変形可能に構成される。支持部材４２は、例えば、コイルばねである。

本例では、支持部材４２は、支持部材４２Ａ～４２Ｄを含む。

摺板５０は、例えば、いわゆる多分割式である。本例では、摺板５０は、左右方向に配置される複数の分割板５０Ａ～５０Ｌを含む。

分割板５０Ａ～５０Ｌは、例えば、一の分割板が架線ＯＷに接触し下方に変位すると、その変位に合わせて、他の分割板も相対的に小さい変位量で下方に変位するよう態様で連結されている。分割板５０Ａ～５０Ｌは、例えば、分割板５０Ａ～５０Ｌまでの幅方向の範囲に亘る一枚の金属製の支持板の上に取り付けられる。これにより、分割板５０Ａ～５０Ｌのうちの一の分割板が架線ＯＷに接触し下方に変位すると、一の分割板が固定される金属板も同様に下方に撓み、その結果、金属板に固定される他の分割板も下方に変位する。この場合、架線ＯＷが接触する一の分割板（図２の分割板５０Ｄ）は、分割板５０Ａ～５０Ｌの中で最も大きく変位する。また、他の分割板は、架線ＯＷが接触する分割板に近くなるほど変位量が大きく、離れるほど変位量が小さくなる態様で変位する。

支持部材４２Ａ～４２Ｄは、分割板５０Ａ～５０Ｌのうちの分割板５０Ｂ，５０Ｅ，５０Ｈ，５０Ｋの直下をそれぞれ支持している。支持部材４２Ａ～４２Ｄの上端部は、例えば、分割板５０Ａ～５０Ｌが上述の支持板の上に取り付けられている場合、当該支持板における分割板５０Ｂ，５０Ｅ，５０Ｈ，５０Ｋが取り付けられている部分の直下（裏側）に取り付けられる。

図２に示すように、パンタグラフ状態監視装置１００は、センサ１１０と、制御装置１２０とを含む。

センサ１１０（検出部の一例）は、摺板５０と架線ＯＷとの接触に伴って、支持部材４２が発生させる弾性力を検出する。センサ１１０は、例えば、ロードセルやひずみセンサである。センサ１１０の出力（検出結果を表す信号）は、制御装置１２０に取り込まれる。

センサ１１０は、センサ１１０Ａ～１１０Ｄを含む。

センサ１１０Ａ～１１０Ｄは、それぞれ、支持部材４２Ａ～４２Ｄが発生させる弾性力を検出する。センサ１１０Ａ～１１０Ｄは、例えば、支持部材４２Ａ～４２Ｄの下端部にそれぞれ取り付けられる。

制御装置１２０（推定部の一例）は、パンタグラフ状態監視装置１００に関する制御を行う。制御装置１２０の機能は、任意のハードウェア、或いは、任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現されてよい。制御装置１２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性の補助記憶装置、及び各種入出力用のインタフェース装置等を含むコンピュータを中心に構成される。制御装置１２０は、例えば、補助記憶装置にインストールされるプログラムをＣＰＵ上で実行することにより実現される機能部として、架線位置推定部１２０１と、接触力推定部１２０２とを含む。

架線位置推定部１２０１は、センサ１１０Ａ～１１０Ｄの出力に基づき、摺板５０の幅方向（鉄道車両３００の左右方向）における架線ＯＷが接触している位置（架線位置）を推定する。

接触力推定部１２０２は、センサ１１０Ａ～１１０Ｄの出力に基づき、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触力を推定する。

制御装置１２０は、例えば、無線通信回線を通じて、所定の制御周期ごとに架線位置や接触力の測定結果（推定結果）を鉄道車両３００の内部に搭載される情報処理装置に送信する。これにより、情報処理装置は、例えば、鉄道車両３００の走行中における摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の測定結果を、測定日時及び測定日時に対応する鉄道車両３００の位置情報と組み合わせて蓄積させることができる。測定日時は、例えば、制御装置１２０或いは情報処理装置に内蔵されるハードウェア或いはソフトウェアによる計時機能を用いて取得される。制御装置１２０が測定日時を取得する場合、制御装置１２０は、測定結果に加えて、測定日時に関する情報を情報処理装置に送信する。また、情報処理装置が測定日時を取得する場合、情報処理装置は、制御装置１２０から測定結果が取得（受信）されたときの日時を、通信遅延等を考慮して補正することにより、測定日時を取得してよい。鉄道車両３００の位置情報は、例えば、走行路線沿いの所定間隔ごとに設置されるポイントを検出することにより認識されてよい。例えば、情報処理装置は、各ポイントから発進される信号（電波）が所定の通信機器で受信されることにより、各ポイントの通過を判断することができる。また、鉄道車両３００の位置情報は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）装置による測位情報に基づき認識されてもよい。情報処理装置は、例えば、測定日時に関する情報、鉄道車両３００の位置情報、及び摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の測定結果の情報を含むレコードデータの集合体としてのデータベースを所定の記憶装置に構築してよい。これにより、管理者等は、例えば、架線ＯＷの上下位置の調整、架線ＯＷの交換等の架線ＯＷの補修にこのデータベースの情報を利用することができる。

［摺板と架線との間の接触状態の推定に関する制御処理］
次に、図３、図４を参照して、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の推定に関する制御処理について説明する。

図３は、制御装置１２０の制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。図４は、架線ＯＷから摺板５０に作用する接触力の推定方法の一例を説明する図である。具体的には、図４は、架線ＯＷから摺板５０に作用する接触力Ｆｃと、センサ１１０Ａ～１１０Ｄ（４つのロードセル）の出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４との関係を表すテーブル情報を示す図である。

図３のフローチャートは、鉄道車両３００の走行中において、所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。

ステップＳ１０２にて、制御装置１２０は、センサ１１０Ａ～１１０Ｄ（４つのロードセル）から取り込み済みの最新の出力データ（出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４）を取得する。制御装置１２０は、ステップＳ１０２の処理が完了すると、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４にて、架線位置推定部１２０１は、ステップＳ１０２で取得される出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４に基づき、架線位置を推定（測定）する。

例えば、摺板５０の上面に幅方向で複数の領域Ｘｉ（ｉ＝１，...，Ｎ）が設定される。Ｎは、２以上の整数である。本例では、Ｎ＝５の場合について説明する。

例えば、領域Ｘ１は、分割板５０Ａ，５０Ｂに対応し、領域Ｘ２は、分割板５０Ｃ～５０Ｅに対応し、領域Ｘ３は、分割板５０Ｆ～５０Ｈに対応し、領域Ｘ４は、分割板５０Ｉ～５０Ｋに対応し、領域Ｘ５は、分割板５０Ｌに対応する。

架線位置推定部１２０１は、出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４を比較し、架線位置が摺板５０の上面の領域Ｘ１～Ｘ５の何れに該当するかを推定する。具体的には、架線位置推定部１２０１は、出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４の大小関係、及び出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４の相互間の差や比率等に基づき、架線位置が領域Ｘ１～Ｘ５の何れに該当するかを推定してよい。

制御装置１２０は、ステップＳ１０４の処理が完了すると、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６にて、接触力推定部１２０２は、ステップＳ１０２で取得される出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４と、ステップＳ１０４の測定結果（架線位置に相当する領域Ｘｉ）とに基づき、接触力Ｆｃを推定する。具体的には、接触力推定部１２０２は、接触力Ｆｃと、支持部材４２Ａ～４２Ｄが発生させる弾性力（即ち、センサ１１０Ａ～１１０Ｄによるその検出値）との間の関係を表す情報（以下、「参照情報」）を参照し、出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４から接触力を推定してよい。

例えば、接触力推定部１２０２は、参照情報として、図４のテーブル情報を利用することができる。テーブル情報は、例えば、実験やシミュレーション等を通じて測定される、出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４の検出値と、接触力Ｆｃの測定値とに基づき予め作成され、制御装置１２０の内部メモリ（例えば、補助記憶装置）等に予め登録される。

図４に示すように、テーブル情報は、領域Ｘ１～Ｘ５ごとに準備される。領域Ｘ１～Ｘ５ごとのテーブル情報には、センサ１１０Ａ～１１０Ｄによる支持部材４２Ａ～４２Ｄの弾性力の検出値（出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４）の組み合わせパターンが多数規定され、組み合わせごとに対応する接触力Ｆｃの値が規定されている。例えば、Ｆｓｐ１＝"Ｆ１１"、Ｆｓｐ２＝"Ｆ２１"、Ｆｓｐ３＝"Ｆ３１"、Ｆｓｐ４＝"Ｆ４１"の検出値の組み合わせに対して、接触力Ｆｃ＝"Ｆ１"が規定される。また、例えば、Ｆｓｐ１＝"Ｆ１２"、Ｆｓｐ２＝"Ｆ２２"、Ｆｓｐ３＝"Ｆ３２"、Ｆｓｐ４＝"Ｆ４２"の検出値の組み合わせに対して、接触力Ｆｃ＝"Ｆ２"が規定される。また、例えば、Ｆｓｐ１＝"Ｆ１３"、Ｆｓｐ２＝"Ｆ２３"、Ｆｓｐ３＝"Ｆ３３"、Ｆｓｐ４＝"Ｆ４３"の検出値の組み合わせに対して、接触力Ｆｃ＝"Ｆ３"が規定される。

接触力推定部１２０２は、接触力推定部１２０２は、ステップＳ１０４で測定された架線位置（領域Ｘ１～Ｘ５の何れか）に対応するテーブル情報を選択する。そして、接触力推定部１２０２は、ステップＳ１０２で取得される出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４の値がテーブル情報に含まれる何れかの組み合わせと同じである場合、その組み合わせに対して規定されている接触力Ｆｃの値を、接触力Ｆｃの推定値として出力してよい。

また、接触力推定部１２０２は、ステップＳ１０２で取得される出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４の値がテーブル情報に含まれる全ての組み合わせと一致しない場合、近しい組み合わせをテーブル情報から抽出してよい。近しい組み合わせとは、例えば、ステップＳ１０２で取得される出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４のそれぞれの値との差が非常に小さい所定値以下の組み合わせである。そして、接触力推定部１２０２は、抽出した組み合わせのそれぞれに対して規定される接触力Ｆｃの値に基づき、接触力Ｆｃの推定値を外挿してよい。

また、接触力推定部１２０２は、参照情報として、テーブル情報以外の情報を利用してもよい。例えば、接触力推定部１２０２は、参照情報として、接触力Ｆｃと、支持部材４２Ａ～４２Ｄが発生させる弾性力（即ち、センサ１１０Ａ～１１０Ｄによるその検出値）との間の関係を表す数式（関係式）を利用してもよい。関係式は、例えば、実験やシミュレーション等を通じて測定される、出力Ｆｓｐ１～Ｆｓｐ４の検出値と、接触力Ｆｃの測定値とに基づき生成される近似式であってよく、制御装置１２０の内部メモリ（例えば、補助記憶装置）等に予め登録される。

制御装置１２０は、ステップＳ１０６の処理が完了すると、今回のフローチャートの処理を終了する。

尚、上記の接触力Ｆｃに関する参照情報の場合と同様に、架線位置と、支持部材４２Ａ～４２Ｄが発生させる弾性力（即ち、センサ１１０Ａ～１１０Ｄによるその検出値）との間の関係を表す情報（例えば、テーブル情報や関係式等）が予め規定されてもよい。この場合、架線位置推定部１２０１は、この情報を参照し、架線位置を推定することができる。

このように、本例では、支持部材４２Ａ～４２Ｄが発生させる弾性力を検出するセンサ１１０Ａ～１１０Ｄの出力に基づき、多分割式の摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態（架線位置及び接触力）を測定（推定）することができる。

［パンタグラフ状態監視想定の構成の他の例］
次に、図５を参照して、パンタグラフ状態監視装置１００の他の例について説明する。

図５は、パンタグラフ状態監視装置１００の構成の他の例を示す図である。以下、上述の一例（図２）と異なる部分を中心に説明を行う。

図５に示すように、支持部材４２は、支持部材４２Ｅ，４２Ｆを含む。

摺板５０は、図２の一例の場合と異なり、幅方向に一の部材で構成される。摺板５０は、幅方向（鉄道車両３００の左右方向）の両端部で支持部材４２Ｅ，４２Ｆにより下から弾性支持される。

図５に示すように、パンタグラフ状態監視装置１００は、図２の一例の場合と同様、センサ１１０と、制御装置１２０とを含む。

センサ１１０は、センサ１１０Ｅ，１１０Ｆを含む。

センサ１１０Ｅ，１１０Ｆは、それぞれ、支持部材４２Ｅ，４２Ｆが発生させる弾性力を検出する。センサ１１０Ｅ，１１０Ｆは、例えば、支持部材４２Ｅ，４２Ｆの下端部にそれぞれ取り付けられる。

制御装置１２０は、図２の一例の場合と同様、架線位置推定部１２０１と、接触力推定部１２０２とを含む。

架線位置推定部１２０１は、センサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力に基づき、架線位置を推定する。

接触力推定部１２０２は、センサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力に基づき、接触力を推定する。

上述の一例の場合と同様、制御装置１２０は、上述の図３のフローチャートの処理を実行してよい。

ステップＳ１０４にて、架線位置推定部１２０１は、上述の一例の場合と同様、センサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力の大小関係、差、比率等に基づき、架線位置を推定してよい。

例えば、図５に示すように、架線ＯＷが摺板５０の幅方向の中央よりも図中の左寄りにある場合、センサ１１０Ｅの出力の方がセンサ１１０Ｆの出力よりも大きくなる。そして、架線ＯＷの位置が摺板５０の中央から離れるほど、センサ１１０Ｅの出力が大きくなり、センサ１１０Ｆの出力が小さくなる。逆に、架線ＯＷが摺板５０の幅方向の中央よりも図中の右寄りにある場合、センサ１１０Ｆの出力の方がセンサ１１０Ｅの出力よりも大きくなる。そして、架線ＯＷの位置が摺板５０の中央から離れるほど、センサ１１０Ｆの出力が大きくなり、センサ１１０Ｅの出力が小さくなる。よって、架線位置推定部１２０１は、このような関係を用いて、架線位置を推定することができる。

また、ステップＳ１０６にて、接触力推定部１２０２は、上述の一例の場合と同様、ステップＳ１０４で推定された架線位置、及びセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力の組み合わせに基づき、接触力を推定してよい。例えば、上述の一例の場合と同様、摺板５０の上面に幅方向で複数の領域が予め設定され、領域ごとにテーブル情報や関係式が規定されてよい。これにより、接触力推定部１２０２は、センサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力に基づき、テーブル情報や関係式を用いて、接触力を測定（推定）することができる。

このように、本例では、支持部材４２Ｅ，４２Ｆが発生させる弾性力を検出するセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力に基づき、幅方向で一の部材により構成される摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態（架線位置及び接触力）を測定（推定）することができる。

［作用］
次に、本実施形態に係るパンタグラフ状態監視装置１００の作用について説明する。

本実施形態では、センサ１１０は、パンタグラフ１の舟体枠４１に取り付けられ、パンタグラフ１の摺板５０を下から支持する支持部材４２が発生させる弾性力を検出する。そして、制御装置１２０は、センサ１１０の検出結果に基づき、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態を推定する。

これにより、パンタグラフ状態監視装置１００は、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触に伴う支持部材４２の機械的な作用（弾性力）を直接取得し、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態を測定することができる。そのため、パンタグラフ状態監視装置１００は、例えば、上述の特許文献１等のように、支持部材４２の機械的な作用を間接的に取得する場合に比して、より高い精度で摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の測定（推定）することができる。また、本実施形態では、支持部材４２に対応するセンサ１１０を設けるだけで支持部材４２の機械的な作用を直接取得することができる。そのため、パンタグラフ状態監視装置１００は、上述の特許文献１等のように、複雑な構造を採用する必要がない。よって、パンタグラフ状態監視装置１００は、より簡易な構成で、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の測定（推定）することができる。

また、本実施形態では、制御装置１２０は、センサ１１０の検出結果に基づき、架線ＯＷから摺板５０に作用する接触力を推定してよい。

また、制御装置１２０は、センサ１１０の検出結果に基づき、摺板５０における架線ＯＷが接触している幅方向の位置を推定してもよい。

これにより、パンタグラフ状態監視装置１００は、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態として、具体的に、架線ＯＷから摺板５０に作用する接触力や架線位置を測定（推定）することができる。

尚、制御装置１２０は、架線位置及び接触力の何れか一方だけを測定（推定）してもよい。例えば、制御装置１２０は、架線位置及び接触力のうちの接触力だけを測定する場合、架線位置を仮定することで、接触力を推定することができる。

また、本実施形態では、制御装置１２０は、センサ１１０の検出結果に基づき、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触力と支持部材４２が発生させる弾性力との間の関係を表す情報（参照情報）を用いて、架線ＯＷから摺板５０に作用する接触力を推定してよい。

これにより、パンタグラフ状態監視装置１００は、架線ＯＷから摺板５０に作用する接触力と支持部材４２が発生させる弾性力との間の関係を表す情報を参照することで、センサ１１０の検出結果から接触力を推定することができる。

また、本実施形態では、制御装置１２０は、センサ１１０の検出結果に基づき、架線ＯＷから摺板５０に作用する接触力と支持部材４２が発生させる弾性力との間の関係を表すテーブル情報を用いて、接触力を推定してよい。

これにより、パンタグラフ状態監視装置１００は、テーブル情報を参照して、具体的に、架線ＯＷから摺板５０に作用する接触力を推定することができる。

また、本実施形態では、複数のセンサ１１０（センサ１１０Ａ～１１０Ｄやセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆ）は、それぞれ、摺板５０を下から支持する複数の支持部材４２（支持部材４２Ａ～４２Ｄや支持部材４２Ｅ，４２Ｆ）が発生させる弾性力を検出する。そして、制御装置１２０は、複数のセンサ１１０の検出結果に基づき、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態を推定してよい。

これにより、パンタグラフ状態監視装置１００は、摺板５０を支持する複数の支持部材４２のそれぞれで発生する弾性力を取得することができる。そのため、パンタグラフ状態監視装置１００は、複数の支持部材４２のそれぞれで発生する弾性力の大小関係、差、比率等に基づき、具体的に、架線位置や接触力等を測定（推定）することができる。

また、本実施形態では、センサ１１０は、ひずみセンサ或いはロードセルである。

これにより、パンタグラフ状態監視装置１００は、より簡易な構成で、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触に伴い支持部材４２が発生させる弾性力を測定することができる。

［変形・変更］
以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上述の実施形態では、複数の支持部材４２の全てに対してセンサ１１０が設けられるが、その一部にセンサ１１０が設けられてもよい。例えば、上述の一例（図２）において、センサ１１０Ｂ或いはセンサ１１０Ｃは省略されてよい。例えば、必要な測定精度が相対的に低くてよい場合、制御装置１２０は、複数の支持部材４２の一部の支持部材４２が発生させる弾性力を用いて、架線位置や接触力を推定することができるからである。

また、上述の実施形態では、摺板５０は、複数の支持部材４２（支持部材４２Ａ～４２Ｄや支持部材４２Ｅ，４２Ｆ）により支持されるが、一の支持部材４２により支持されてもよい。例えば、一の支持部材４２は、図２や図５の摺板５０の左右方向の中央部を下から支持する態様で舟体枠４１の上面に取り付けられてよい。この場合、制御装置１２０は、一の支持部材４２に対して設けられる一のセンサ１１０の出力に基づき、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態（例えば、接触力が異常と判断可能なレベルであるか否か）を推定してよい。

１パンタグラフ
１０台枠
２０下枠
３０上枠
３５釣り合い腕
４０舟体
４１舟体枠
４２支持部材
５０摺板
６０釣り合い棒
７０，７０Ａ，７０Ｂ碍子
８０風防カバー
９０電力線
１００パンタグラフ状態監視装置
３００鉄道車両
１１０センサ（検出部、ひずみセンサ、ロードセル）
１２０制御装置（推定部）
１２０１架線位置推定部
１２０２接触力推定部

Claims

パンタグラフの舟体枠に取り付けられ、前記パンタグラフの摺板を下から弾性支持する支持部材が発生させる弾性力を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記摺板と架線との間の接触状態を推定する推定部と、を備え、
前記推定部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記摺板における前記架線が接触している幅方向の位置を推定し、推定した前記架線が接触している位置と前記検出部の検出結果とに基づき、前記架線から前記摺板に作用する接触力を推定する、
状態監視装置。
前記推定部は、前記検出部の検出結果に基づき、推定した前記架線が接触している位置に合わせて選択される、前記接触力と前記弾性力との間の関係を表す情報を用いて、前記接触力を推定する、
請求項１に記載の状態監視装置。
前記推定部は、前記検出部の検出結果に基づき、推定した前記架線が接触している位置に合わせて選択される、前記接触力と前記弾性力との間の関係を表すテーブル情報を用いて、前記接触力を推定する、
請求項２に記載の状態監視装置。
前記検出部は、複数あり、
複数の前記検出部は、それぞれ、前記摺板を下から支持する複数の前記支持部材が発生させる前記弾性力を検出し、
前記推定部は、複数の前記検出部の検出結果に基づき、前記接触状態を推定する、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の状態監視装置。
前記検出部は、ひずみセンサ又はロードセルである、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の状態監視装置。