JP7400609B2 - 状態監視装置 - Google Patents

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を検出することで、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、
前記パンタブラフの摺板を上下に変位可能な態様で支持する支持部と、前記支持部が固定される所定の部材との間を締結するボルトの軸力を検出する第１の検出部、及び、前記舟体を下方から支持する舟支えと、前記舟体の平衡状態を維持するためのリンク機構との間の連結部材の剪断力を検出する第２の検出部のうちの少なくとも一方を含む検出部と、
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。 センサ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。 センサ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。以下、鉄道車両３００の左右方向を「幅方向」と称する場合がある。

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、舟支え３５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、舟支え３５を介して舟体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３１が前方に向けて延び出す形で設けられる。釣り合い腕３１は、先端部が鉄道車両３００の左右方向に沿う揺動軸３１ａ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。

舟支え３５は、上枠３０の先端部に設けられる。舟支え３５は、導体（例えば、アルミニウム合金等）により構成され、舟体４０を下方から支持する。舟支え３５には、舟体４０の平衡状態（例えば、水平状態）を維持するためのリンク機構（例えば、後述の平衡リンク３７）が取り付けられる。

舟体４０は、導体（例えば、アルミニウム合金等）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、後述の支持部４５（図２参照）を介して摺板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、舟支え３５、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３１の先端部に連結される。これにより、釣り合い腕３１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調整される。

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で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。

［摺板と架線との間の接触状態の推定方法の一例］
次に、図２～図５を参照して、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の推定方法の一例について説明する。

＜パンタグラフ状態監視装置の構成＞
まず、図２、図３を参照して、本例に係る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、本例に係るパンタグラフ状態監視装置１００の構成に加えて、本例に係るパンタグラフ状態監視装置１００の監視対象であるパンタグラフ１の具体的な構成についても併せて描画されている。図３は、センサ１１０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。また、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態には、例えば、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触力に関する異常の有無が含まれてもよい。摺板５０と架線ＯＷとの間の接触力に関する異常とは、例えば、接触力が異常と判断可能な程度に大きい状態を表す。

図２に示すように、舟体４０は、左右方向の中央部で上枠３０と連結される。

支持部４５は、舟体４０（所定の部材の一例）の上部に取り付けられ、摺板５０を下から支持する。

支持部４５は、支持フレーム４６と、弾性部材４７とを含む。

支持フレーム４６は、舟体４０の上面に取り付けられる。具体的には、支持フレーム４６は、４つのボルトＢ１～Ｂ４によって、上下方向で締結される。

弾性部材４７は、支持フレーム４６の上面に取り付けられ、摺板５０を下から弾性支持する。弾性部材４７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。弾性部材４７は、例えば、コイルばねである。

本例では、弾性部材４７は、弾性部材４７Ａ～４７Ｄ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な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、当該支持板の両端部は、それぞれ、支持フレーム４６に取り付けられてよい。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支持板も同様に下方に撓み、その結果、支持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。

弾性部材４７Ａ～４７Ｄ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。弾性部材４７Ａ～４７Ｄ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。

ボルトＢ１～Ｂ４は、それぞれ、幅方向における分割板５０Ａ，５０Ｄ，５０Ｉ，５０Ｌの直下で、舟体４０と支持フレーム４６とを上下方向に締結している。

尚、舟体４０と支持フレーム４６とを上下方向で締結するボルトの数は、締結強度が確保される限り、３以下であってもよいし、５以上であってもよい。

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との間の接触状態を推定するための検出信号を出力する。センサ１１０の出力（即ち、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（第１の検出部の一例）は、それぞれ、摺板５０と架線ＯＷとの接触に伴いボルトＢ１～Ｂ４に発生する軸力を検出する。架線ＯＷから摺板５０に接触力が作用すると、その接触力が弾性部材４７を介して間接的に、或いは、分割板５０Ａ，５０Ｌから直接的に、支持フレーム４６に伝達され、ボルトＢ１～Ｂ４に軸力を生じさせるからである。

例えば、図３に示すように、センサ１１０Ａは、ひずみセンサであり、ひずみゲージ１１０１Ａと、ケーブル１１０２Ａと、出力部１１０３Ａとを含む。

ひずみゲージ１１０１Ａは、ボルトＢ１の頭部に開口を有し径方向の略中心付近に設けられる非常に細い孔に埋設されている。

ケーブル１１０２Ａは、埋設されるひずみゲージ１１０１Ａとひずみゲージ１１０１Ａが埋設される孔の外にある出力部１１０３Ａとの間を接続する形で設けられる。

出力部１１０３Ａは、制御装置１２０に繋がる信号線と連結され、ひずみゲージ１１０１Ａの出力（検出信号）を制御装置１２０に出力する。

また、センサ１１０Ｂ～１１０Ｄについても、同様の構成であってよい。

尚、センサ１１０Ａ～１１０Ｄは、ボルトＢ１～Ｂ４の軸力に関する検出信号を出力可能であれば、ボルトＢ１～Ｂ４に埋設される代わりに、ボルトＢ１～Ｂ４の表面等に取り付けられてもよい。また、センサ１１０Ａ～１１０Ｄは、ボルトＢ１～Ｂ４の軸力に関する検出信号を出力可能であれば、ひずみゲージ以外を利用する形態であってもよい。また、上述の如く、舟体４０と支持フレーム４６とを上下方向で締結するボルトの数が３以下或いは５以上である場合、ボルトの軸力を検出するセンサ１１０の数は、ボルトの数に合わせて、３以下或いは５以上であってよい。

図２に戻り、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＞
続いて、図４、図５を参照して、本例に係る摺板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４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。具体的には、図４は、図３の制御装置１２０による摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の推定に関する制御処理の具体例を概略的に示すフローチャートである。図５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５は、架線ＯＷから摺板５０に作用する接触力Ｆｃと、センサ１１０Ａ～１１０Ｄ（ひずみセンサ）の出力μｏｕｔ１～μｏｕｔ４との関係を表すテーブル情報を示す図である。

図４のフローチャートは、例えば、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つのひずみセンサ）から取り込み済みの最新の出力データ（出力μｏｕｔ１～μｏｕｔ４）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μｏｕｔ１～μｏｕｔ４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＝３の場合について説明する。

例えば、領域Ｘ１は、分割板５０Ａ～５０Ｃに対応し、領域Ｘ２は、分割板５０Ｄ～５０Ｉに対応し、領域Ｘ３は、分割板５０Ｊ～５０Ｋに対応する。

架線位置推定部１２０１は、出力μｏｕｔ１～μｏｕｔ４を比較し、架線位置が摺板５０の上面の領域Ｘ１～Ｘ３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μｏｕｔ１～μｏｕｔ４が表す軸力の大小関係、及び軸力の相互間の差や比率等に基づき、架線位置が領域Ｘ１～Ｘ３の何れに該当するかを推定してよい。

例えば、架線ＯＷが領域Ｘ１にある場合、鉄道車両３００の左右方向で架線ＯＷに相対的に近い位置のボルトＢ１，Ｂ２に作用する軸力が相対的に大きくなる一方、架線ＯＷから相対的に離れた位置のボルトＢ３，Ｂ４に作用する軸力が相対的に小さくなる。また、例えば、架線ＯＷが領域Ｘ２にある場合（図２の架線ＯＷの状態の場合）、鉄道車両３００の左右方向で架線ＯＷに相対的に近い位置のボルトＢ２，Ｂ３に作用する軸力が相対的に大きくなる一方、架線ＯＷから相対的に離れた位置のボルトＢ１，Ｂ４に作用する軸力が相対的に小さくなる。また、例えば、架線ＯＷが領域Ｘ３にある場合、鉄道車両３００の左右方向で架線ＯＷに相対的に近い位置のボルトＢ３，Ｂ４に作用する軸力が相対的に大きくなる一方、架線ＯＷから相対的に離れた位置のボルトＢ１，Ｂ２に作用する軸力が相対的に小さくなる。これにより、架線位置推定部１２０１は、これらの大小関係を利用して、架線位置が領域Ｘ１～Ｘ３の何れに該当するかを推定することができる。

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μｏｕｔ１～μｏｕｔ４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、ボルトＢ１～Ｂ４に作用する軸力（センサ１１０Ａ～１１０Ｄによる検出値）との間の関係を表す情報（以下、「接触力参照情報」）を参照し、出力μｏｕｔ１～μｏｕｔ４から接触力Ｆｃを推定してよい。

例えば、接触力推定部１２０２は、接触力参照情報として、図５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取得される、出力μｏｕｔ１～μｏｕｔ４の値（検出値）、及び接触力Ｆｃの測定値に基づき作成され、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５に示すように、テーブル情報は、領域Ｘ１～Ｘ３ごとに準備される。領域Ｘ１～Ｘ３ごとのテーブル情報には、センサ１１０Ａ～１１０ＤによるボルトＢ１～Ｂ４の軸力の検出値（出力μｏｕｔ１～μｏｕｔ４）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、μｏｕｔ１＝"Ｆ１１"、μｏｕｔ２＝"Ｆ２１"、μｏｕｔ３＝"Ｆ３１"、μｏｕｔ４＝"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、μｏｕｔ１＝"Ｆ１２"、μｏｕｔ２＝"Ｆ２２"、μｏｕｔ３＝"Ｆ３２"、μｏｕｔ４＝"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、μｏｕｔ１＝"Ｆ１３"、μｏｕｔ２＝"Ｆ２３"、μｏｕｔ３＝"Ｆ３３"、μｏｕｔ４＝"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、ステップＳ１０４で測定された架線位置（領域Ｘ１～Ｘ３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μｏｕｔ１～μｏｕｔ４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μｏｕｔ１～μｏｕｔ４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μｏｕｔ１～μｏｕｔ４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、接触力参照情報として、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、接触力参照情報として、接触力Ｆｃと、ボルトＢ１～Ｂ４の軸力（即ち、センサ１１０Ａ～１１０Ｄによる検出値）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μｏｕｔ１～μｏｕｔ４の値（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。

尚、接触力Ｆｃに関する接触力参照情報の場合と同様に、架線位置と、ボルトＢ１～Ｂ４の軸力（センサ１１０Ａ～１１０Ｄによる検出値）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）（以下、「架線位置参照情報」）が予め規定されてもよい。この場合、架線位置推定部１２０１は、架線位置参照情報を参照し、架線位置を推定することができる。

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。

このように、制御装置１２０は、支持部４５と舟体４０との間を締結するボルトＢ１～Ｂ４の軸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との間の接触状態を測定（推定）することができる。

［摺板と架線との間の接触状態の推定方法の一例］
次に、図６，図７を参照して、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の推定方法の他の例について説明する。

＜パンタグラフ状態監視装置の構成＞
まず、図６、図７を参照して、本例に係るパンタグラフ状態監視装置１００の構成について説明する。以下、上述の一例と異なる部分を中心に説明を行う。

図６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。図６には、本例に係るパンタグラフ状態監視装置１００の構成に加えて、本例に係るパンタグラフ状態監視装置１００の監視対象であるパンタグラフ１の具体的な構成についても併せて描画されている。図７は、センサ１１０の構成の他の例を示す図である。

図６に示すように、摺板５０は、舟体４０の上部に取り付けられる。本例では、摺板５０は、上述の第２例の場合と同様に、多分割式であってもよいし、幅方向に一の部材で構成されていてもよい。

舟支え３５は、舟体４０の幅方向の略中央部に取り付けられる。舟支え３５は、連結部材３６を有し、鉄道車両３００の左右方向に沿う連結部材３６の中心軸（以下、「連結軸」）を基準として、平衡リンク３７と揺動可能に連結される。

平衡リンク３７は、例えば、下枠２０の先端部と舟支え３５との間を接続する形で設けられてよい。平衡リンク３７は、下枠２０及び上枠３０の姿勢に合わせて、摺板５０及び舟体４０の平衡状態（例えば、水平状態）を保持する。

図６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（第２の検出部の一例）は、それぞれ、摺板５０と架線ＯＷとの接触に伴い連結部材３６に生じる剪断力を検出する。架線ＯＷから摺板５０に接触力が作用すると、その接触力が舟体４０を介して、舟支え３５に伝達され、舟支え３５と平衡リンク３７との間の連結軸を構成する連結部材３６に剪断力を生じさせるからである。

例えば、図７に示すように、センサ１１０Ｅは、ひずみセンサであり、ひずみゲージ１１０１Ｅと、ケーブル１１０２Ｅと、出力部１１０３Ｅとを含む。

ひずみゲージ１１０１Ｅは、連結部材３６の左端部に開口を有し、連結軸に相当する径方向の略中心に設けられる細長い孔に埋設されている。ひずみゲージ１１０１Ｅは、連結部材３６の左右方向の中央よりも左寄りの部分の剪断力を検出する。

ケーブル１１０２Ｅは、埋設されるひずみゲージ１１０１Ｅとひずみゲージ１１０１Ｅが埋設される孔の外にある出力部１１０３Ｅとの間を接続する形で設けられる。

出力部１１０３Ｅは、制御装置１２０に繋がる信号線と連結され、ひずみゲージ１１０１Ｅの出力（検出信号）を制御装置１２０に出力する。

また、センサ１１０Ｆは、ひずみセンサであり、ひずみゲージ１１０１Ｆと、ケーブル１１０２Ｆと、出力部１１０３Ｆとを含む。

ひずみゲージ１１０１Ｆは、連結部材３６の右端部に開口を有し、連結軸に相当する径方向の略中心に設けられる細長い孔に埋設されている。ひずみゲージ１１０１Ｆは、連結部材３６の左右方向の中央よりも右寄りの部分の剪断力を検出する。

ケーブル１１０２Ｆは、埋設されるひずみゲージ１１０１Ｆとひずみゲージ１１０１Ｆが埋設される孔の外にある出力部１１０３Ｆとの間を接続する形で設けられる。

出力部１１０３Ｆは、制御装置１２０に繋がる信号線と連結され、ひずみゲージ１１０１Ｆの出力（検出信号）を制御装置１２０に出力する。

尚、センサ１１０Ｅ，１１０Ｆは、連結部材３６の剪断力に関する検出信号を出力可能であれば、連結部材３６に埋設される代わりに、連結部材３６の表面等に取り付けられてもよい。また、センサ１１０Ｅ，１１０Ｆは、連結部材３６の剪断力に関する検出信号を出力可能であれば、ひずみゲージ以外を利用する形態であってもよい。また、連結部材３６の剪断力を検出するセンサ１１０は、３以上設けられてもよい。この場合、３以上のセンサは、それぞれ、連結部材３６の軸方向（鉄道車両３００の左右方向）で異なる位置の剪断力を検出するように取り付けられてよい。

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。

＜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を援用して、本例に係る摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の推定に関する制御処理の他の例について説明する。具体的には、図６の制御装置１２０による摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の推定に関する制御処理の具体例について説明する。

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Ｓ１０２にて、制御装置１２０は、センサ１１０Ｅ，１１０Ｆ（２つのひずみセンサ）から取り込み済みの最新の出力データを取得する。

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、上述の一例の場合と同様、センサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力が表す剪断力の相互間の向きの関係、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６に示すように、架線ＯＷが摺板５０の幅方向の中央よりも左寄りにある場合、連結部材３６の左右方向の中央付近を通過する略前後方向に沿った軸を中心とする左回りのモーメントが作用する。この場合、連結部材３６には、この左回りのモーメントに抗する力が平衡リンク３７の連結部分から作用する。そのため、連結部材３６の左右方向の中央より左側の部分には、上向きの剪断力が作用し、連結部材３６の左右方向の中央より右側の部分には、下向きの剪断力が作用する。一方、架線ＯＷが摺板５０の幅方向の中央よりも右寄りにある場合、連結部材３６の左右方向の中央付近を通過する略前後方向に沿った軸を中心とする右回りのモーメントが作用する。この場合、連結部材３６には、この右回りのモーメントに抗する力が平衡リンク３７の連結部分から作用する。そのため、連結部材３６の左右方向の中央より左側の部分には、下向きの剪断力が作用し、連結部材３６の左右方向の中央より右側の部分には、上向きの剪断力が作用する。また、架線ＯＷが摺板５０の幅方向の略中央にある場合、舟支え３５の連結部材３６から平衡リンク３７の連結部分に略下向きの力が作用する。そのため、連結部材３６の左右方向の中央より左側及び右側の部分には、それぞれ、上向きの剪断力が作用する。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。

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、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規定され、複数の領域ごとの接触力Ｆｃと連結部材３６に作用する剪断力（センサ１１０Ｅ，１１０Ｆによる検出値）との間の関係を表す接触力参照情報が予め規定されてよい。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等の接触力参照情報を用いて、接触力を測定（推定）することができる。

尚、上述の一例の場合と同様に、架線位置と、連結部材３６の剪断力（センサ１１０Ｅ，１１０Ｆによる検出値）との間の関係を表す架線位置参照情報（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、架線位置参照情報を参照し、架線位置を推定することができる。

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。

このように、制御装置１２０は、舟支え３５と平衡リンク３７との間の連結部材３６の剪断力を検出するセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力に基づき、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態を測定（推定）することができる。

［パンタグラフ状態監視装置の構成の更に他の例］
次に、摺板５０と架線ＯＷとの間の接触状態の推定方法の更に他の例について説明する。

本実施形態では、制御装置１２０は、上述の一例及び他の例の推定方法を組み合わせることにより、架線ＯＷと摺板５０との間の接触状態を検出する。

具体的には、センサ１１０は、センサ１１０Ａ～１１０Ｄ、及びセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆの双方を含んでよい。そして、制御装置１２０は、センサ１１０Ａ～１１０Ｄの検出結果、及びセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆの検出結果の双方に基づき、架線ＯＷと摺板５０との間の接触状態を測定（推定）してよい。

架線位置推定部１２０１は、例えば、上述の一例の推定方法、及び上述の他の例の推定方法の双方を用いて、架線位置を推定し、双方の推定結果に基づき、最終的な架線位置を推定してよい。例えば、架線位置推定部１２０１は、所定の判断基準に基づき、双方の推定結果のうちの何れか一方を最終的な推定する架線位置として出力してよい。また、例えば、架線位置推定部１２０１は、双方の推定結果を総合的に評価して、最終的な推定する架線位置（例えば、双方の推定結果の単純平均値や加重平均値等）を出力してもよい。また、上述の一例及び他の例の場合と同様、架線位置と、ボルトＢ１～Ｂ４の軸力、及び連結部材３６の剪断力の双方との間の関係を表す架線位置参照情報（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。これにより、架線位置推定部１２０１は、センサ１１０Ａ～１１０Ｄの出力、及びセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力の双方に基づき、架線位置参照情報を用いて、架線位置を推定することができる。

接触力推定部１２０２は、例えば、架線位置推定部１２０１の場合と同様、上述の一例の推定方法、及び上述の他の例の推定方法の双方を用いて、架線ＯＷと摺板５０との間の接触力を推定し、双方の推定結果に基づき、最終的な架線位置を推定してよい。例えば、接触力推定部１２０２は、所定の判断基準に基づき、双方の推定結果のうちの何れか一方を最終的な推定する架線位置として出力してよい。また、例えば、接触力推定部１２０２は、双方の推定結果を総合的に評価して、最終的な推定する接触力（例えば、双方の推定結果の単純平均値や加重平均値等）を出力してもよい。また、接触力推定部１２０２は、架線ＯＷと摺板５０との間の接触力と、ボルトＢ１～Ｂ４の軸力、及び連結部材３６の剪断力の双方との間の関係を表す接触力参照情報（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。これにより、接触力推定部１２０２は、センサ１１０Ａ～１１０Ｄの出力、及びセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆの出力の双方に基づき、接触力参照情報を用いて、架線ＯＷと摺板５０との間の接触力を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、摺板５０を上下に変位可能な態様で支持する支持部４５と、支持部４５が固定される所定の部材（舟体４０）との間を締結するボルトの軸力を検出するセンサ１１０Ａ～１１０Ｄ、及び、舟体４０を下方から支持する舟支え３５と、舟体４０の平衡状態を維持するための平衡リンク３７との間の連結部材３６の剪断力を検出するセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆのうちの少なくとも一方を含む。そして、制御装置１２０は、センサ１１０の検出結果に基づき、架線ＯＷと摺板５０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との間の接触に伴って発生するボルトＢ１～Ｂ４や連結部材３６に対する機械的な作用（軸力や剪断力）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のように、弾性部材４７の機械的な作用を間接的に取得する場合等に比して、より高い精度で架線ＯＷと摺板５０との間の接触状態を測定（推定）することができる。また、本実施形態では、ボルトＢ１～Ｂ４や連結部材３６に対応するセンサ１１０を設けるだけで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、架線ＯＷと摺板５０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（架線位置）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、架線ＯＷと摺板５０との間の接触力と、ボルトＢ１～Ｂ４の軸力との間の関係を表す情報、及び架線ＯＷと摺板５０との間の接触力と、連結部材３６の剪断力との間の関係を表す情報の少なくとも一方を用いて、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、ボルトＢ１～Ｂ４の軸力や連結部材３６の剪断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と摺板５０との間の接触力と、ボルトＢ１～Ｂ４の軸力との間の関係を表すテーブル情報、及び架線ＯＷと摺板５０との間の接触力と、連結部材３６の剪断力との間の関係を表すテーブル情報の少なくとも一方を用いて、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、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、センサ１１０は、支持部４５と舟体４０との間を連結する複数のボルトＢ１～Ｂ４の軸力を検出する複数のセンサ１１０Ａ～１１０Ｄを含む。そして、制御装置１２０は、複数のセンサ１１０Ａ～１１０Ｄの検出結果に基づき、架線ＯＷと摺板５０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、支持部４５と舟体４０との間を連結する複数のボルトＢ１～Ｂ４に生じる軸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、複数のボルトＢ１～Ｂ４のそれぞれで発生する軸力の大小関係、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。

［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（図２）では、摺板５０は、分割板５０Ａ～５０Ｌを含む多分割式であるが、幅方向に一の部材で構成されてもよい。この場合、支持部４５は、摺板５０の左右の両端を弾性支持する２つの弾性部材４７を含み、摺板５０は、二つの弾性部材４７の作用により、架線ＯＷとの接触に応じて、上下方向に変位可能に構成されてよい。

また、上述の実施形態（図２、図６）では、摺板５０は、支持部４５の作用により、その少なくとも一部が舟体４０に対して上下方向に変位可能に構成されるが、摺板５０及び舟体４０が一体として、舟支え３５に対して上下方向に変位可能に構成されてもよい。この場合、支持部４５は、舟支え３５（所定の部材の一例）に取り付けられ、舟体４０を介して、舟体４０と一体として構成される摺板５０を下から支持する。

また、上述の実施形態（図２）では、ボルトＢ１～Ｂ４の全てに対してセンサ１１０が設けられるが、その一部（少なくとも一つ）にセンサ１１０が設けられてもよい。即ち、センサ１１０Ａ～１１０Ｄのうちの一部（最大３つ）は省略されてもよい。例えば、要求される精度が相対的に低い場合、ボルトＢ１～Ｂ４のうちの一部の軸力の検出値の組み合わせを用いて、上述と同様の方法で、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、例えば、接触力が異常状態に相当するレベルか否かを判断する目的であれば、制御装置１２０は、ボルトＢ１～Ｂ４のうちの一つの軸力の検出値を用いて、架線ＯＷと摺板５０の接触状態（接触力のレベル）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（図６）では、２つのセンサ１１０Ｅ，１１０Ｆが設けられるが、何れか一方は省略されてもよい。例えば、接触力が異常に相当するレベルか否かを判断する目的であれば、制御装置１２０は、幅方向における連結部材３６の一箇所の剪断力の検出値を用いて、架線ＯＷと摺板５０の接触状態（接触力のレベル）を推定することができるからである。

１ パンタグラフ
１０ 台枠
２０ 下枠
３０ 上枠
３１ 釣り合い腕
３５ 舟支え
３６ 連結部材
３７ 平衡リンク（リンク機構）
４０ 舟体（所定の部材）
４５ 支持部
４６ 支持フレーム
４７ 弾性部材
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）
１１０Ａ～１１０Ｄ（第１の検出部）
１１０Ｅ，１１０Ｆ（第２の検出部）
１２０ 制御装置（推定部）
１２０１ 架線位置推定部
１２０２ 接触力推定部
Ｂ１～Ｂ４ ボルト

Claims (6)

1. パンタグラフの摺板を上下に変位可能な態様で支持する支持部と、前記支持部が固定される所定の部材との間を締結するボルトの軸力を検出する第１の検出部、及び、前記パンタグラフの舟体を下方から支持する舟支えと、前記舟体の平衡状態を維持するためのリンク機構との間の連結部材の剪断力を検出する第２の検出部のうちの少なくとも一方を含む検出部と、
   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、を備える、
   状態監視装置。
2. 前記推定部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記架線から前記摺板に作用する接触力を推定する、
   請求項１に記載の状態監視装置。
3. 前記推定部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記接触力と前記軸力との間の関係を表す情報、及び前記接触力と前記剪断力との間の関係を表す情報の少なくとも一方を用いて、前記接触力を推定する、
   請求項２に記載の状態監視装置。
4. 前記推定部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記接触力と前記軸力との間の関係を表すテーブル情報、及び前記接触力と前記剪断力との間の関係を表すテーブル情報の少なくとも一方を用いて、前記接触力を推定する、
   請求項３に記載の状態監視装置。
5. 前記第１の検出部は、複数あり、
   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４の何れか一項に記載の状態監視装置。
6. 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する、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の状態監視装置。

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