JPH0614403A - 電気車両用集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 架線または第３軌条などの定置電線路に摺動
接触し電力の授受を行う電気車両集電装置の追従性能を
高め、離線を減少させること。 【構成】 定置電線路１に接触摺動して電力の伝送を行
う電気車両用集電装置において、集電体２に小形の摺動
接触部２０を設け、加圧装置２１，２２，２４，２５に
より、集電体２と定置電線路１の相対位置変化にかかわ
らず、摺動接触部２０が定置電線路１に所要の接触力で
接触するように制御する。摺動接触部２０の定置電線路
１に対する追従性能は摺動接触部２０と加圧装置２１，
２２，２４，２５から構成される力制御系の周波数特性
で定まり、充分な能力の力制御系を選定することによ
り、離線を減少させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気鉄道において、軌道
に平行して設置される架空電線、あるいは第３軌条に接
触摺動し、走行車両に電力を授受するために使用される
電気車両用集電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の電気車両用集電装置の一例
を示す図である。同図において、１は架空電線、あるい
は第３軌条（以下、架線と略称する）、２は架線１と接
触摺動する集電体、３は車体、４は集電装置を取り付け
る台枠、５は下枠、６は上枠、７はばね、８はカム機
構、９は摺板、１０は摺板９を支持する摺板ばねであ
る。

【０００３】従来の電気車両用集電装置においては図４
に示すように、集電体２は、車体３と架線１の間隔が変
動しても集電体２が架線１と接触摺動できるように、台
枠４に取り付けられた下枠５と上枠６により支持されて
いる。さらに、集電体２が架線にほぼ一定の接触力（以
下押し上げ力と略称する）で接触するように、下枠５に
はカム機構８を介してばね７よりの張力が与えられてい
る。

【０００４】また、車両走行中に架線１と車体３との間
隔が急変しても接触を保つべく、集電体２の摺板９は摺
板ばね１０により支持されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示す
従来の集電装置は、走行中に各種の原因で架線１と短時
間非接触状態（以下、離線という）になることがある。
この離線は、使用中の電気回路を開閉することになり、
回路に電気的な過渡現象を生じさせるばかりでなく、架
線１と摺板９の間にアークを発生させ摺板９を損耗させ
たり、大きな騒音を生じる。そして、車両の走行速度が
高速になると離線の頻度も増大するので、車両の高速化
の大きな障害となっていた。

【０００６】このような離線を少なくするには、架線１
と車体３との間隔の急変あるいは架線支持物などの存在
による架線状態の急変に対して、摺板９が良い接触状態
を保つように追従することが必要であり、上記従来例に
おける摺板９を支持する摺板ばね１０も、このような追
従性能を向上させる一つの手段である。しかしながら、
上記のような摺板ばね１０を組み合わせた手法での追従
性能は、摺板９の質量と摺板ばね１０のばね定数で定ま
る固有振動数で決まるが、定常状態では摺板ばね１０
は、ある程度圧縮された状態であることが必要である。
そのため、摺板ばね１０の反力は、集電体２に与えられ
る押し上げ力以内にせざるを得ず、充分な追従性能を持
たせることは困難であった。

【０００７】本発明は上記した従来技術の欠点に鑑みな
されたものであって、架線状態急変への追従性能を高
め、離線の減少を可能とすることにより、電気車両の高
速化を図ることができる電気車両用集電装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１の発明は、定置電線路に接触摺動
して電力の伝送を行う電気車両用集電装置において、主
たる集電体に、集電体により支持され、集電体と定置電
線路の相対位置変化にかかわらず定置電線路に対して所
要の接触力で接触する小形の摺動接触部を設けたもので
ある。

【０００９】本発明の請求項２の発明は請求項１の発明
において、定置電線路と摺動接触部との接触力もしくは
それに関連した値が指令値と一致するように自動制御を
行うようにしたものである。

【００１０】

【作用】ばねで摺板を支持し定置電線路に接触摺動させ
る方式においては、ばねが伸長した時は定置電線路に対
する作用力が減じ、定置電線路状態の急変に対する追従
特性は、いわゆる、２次振動的な応答となる。したがっ
て、追従の速さは摺板の質量と摺板ばねのばね定数で定
まる固有振動数に依存する。

【００１１】一方、軽量の摺動接触部を設け摺動接触部
が常に所要の一定力で定置電線路に接触摺動するように
制御すると、離線時には摺動接触部を高速に押し上げ、
また、着線し摺動接触部に所定の力が発生すると摺動接
触部の押し上げを止めるように作用する。そして、その
追従特性は摺動接触部を高速に移動させる能力、すなわ
ち、摺動接触部の力制御系の周波数特性できまり、充分
な能力の力制御装置を選定することにより、離線を減少
させることが可能となる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す図であ
り、図４と同一のものには同一の符号が付されており、
本実施例においては、図４に示した従来例に加えて、架
線１に摺動接触する小形で軽量の摺動接触部２０、摺動
接触部２０を同図上方に押し上げる油圧シリンダ２１と
ピストン２２、油圧源２４、圧力調整弁２５が設けられ
ている。

【００１３】図２は図１における圧力調整弁２５の原理
構造を示す図であり、同図に示す圧力調整弁２５は一般
に減圧弁と呼ばれ、例えば文献「油圧機器と応用回路」
（金子敏夫著 日刊工業新聞社昭和４１年１１月２５日
発行１０５頁５．２．３「減圧弁」に記載されている。
図２において、同図（ａ）はスプールが開いている状態
を示し、同図（ｂ）はスプールが閉じている状態を示し
ている。同図において、４０はパイロット弁のポペット
であり、パイロット弁のポペット４０はパイロットばね
４２により同図左方向に押し付けられており、押し付け
圧力は調整ねじ４１により調整される。そして、その押
し付け圧力により設定圧力すなわちＦ室の圧力が定ま
る。

【００１４】弁本体４３の中にはスプール４４とスプー
ル４４を同図下側に押し付けるスプールばね４５が設け
られており、高圧入口４７から供給される高圧の油圧は
弁本体４３とスプール４４の間に形成される開口部Ｃ、
通路Ｄを介して減圧出口４６に供給され、開口部Ｃの開
きの大きさはスプール４４の位置によって定まる。減圧
出口４６の圧力は通路Ｄ、Ｅを介してスプール４４の底
部に伝えられており、スプール４４の底部はスプール４
４に設けられた細孔によって同図上方の室Ｆに連通して
いる。したがって、減圧出口４６の圧力はスプール４４
の両側に加わり、それらの作用力が等しいとき、スプー
ル４４の位置は平衡する。

【００１５】図２において、減圧出口４６の圧力が低下
すると、スプール４４の下部の圧力が低下し、同図
（ａ）に示すように、スプール４４はスプールばね４５
により下方に移動する。その結果、開口部Ｃが全開とな
り高圧入口４７より減圧出口４６に圧油が供給される。
また、減圧出口４６の圧力が上昇すると、スプール４４
の下部の圧力が上昇し、その圧力はスプール４４の細孔
を介して室Ｆに伝わり、パイロット弁のポペット４０を
開き、圧油を外部に逃がす。その結果、同図（ｂ）に示
すように、スプール４４は上方に移動して開口部Ｃが閉
じ、減圧出口４６の圧力は低下する。すなわち、減圧出
口４６の圧力はスプール４４の移動により、所要の圧力
に維持される。

【００１６】次に、図１に示した本実施例の動作を説明
する。油圧源２４から供給される高圧の油圧は図２に示
した圧力調整弁２５において、所要の圧力に調整されて
加圧装置シリンダ２１の受圧側２３に供給され、ピスト
ン２２を所定の一定の力で押し上げる。そのため、摺動
接触部２０は架線１に一定の力で接触しながら摺動す
る。

【００１７】ここで、架線１と車体３との間隔あるいは
架線支持物などの存在による架線状態が急変し離線が発
生しそうになると、架線１から摺動接触部２０に加わる
力が減少する。加圧装置の受圧側２３には圧力調整弁２
５より所定の圧力が加わっているので、摺動接触部２０
に加わる力が減少すると、ピストン２２は摺動接触部２
０を架線１側に急速に押し上げ、着線状態を維持させ
る。

【００１８】また、着線時、架線１と車体３との間隔あ
るいは架線支持物などの存在による架線状態が急変し架
線１から摺動接触部２０に加わる力が増加すると、ピス
トン２２は下方に移動し、摺動接触部２０の押し上げ力
を略一定に維持する。上記摺動接触部２０の架線１への
追従特性は、摺動接触部２０を高速に移動させる能力、
すなわち、圧力調整弁２５、加圧装置シリンダ２１とピ
ストン２２の応答特性、摺動接触部２０の質量等から定
まる力制御系の周波数特性で決まり、充分な能力の力制
御系を選定することにより、離線を減少させることがで
きる。

【００１９】なお、上記実施例においては、油圧を用い
て摺動接触部２０の押し上げ力を制御する実施例を示し
たが、空気圧を用いて、摺動接触部２０の押し上げ力を
制御することもできる。図３は本発明の第２の実施例を
示す図であり、本実施例は摺動接触部の押し上げ力の制
御を電気的なサーボ・モータを用いて行う実施例を示し
ている。

【００２０】同図において、図４と同一のものには同一
の符号が付されており、本実施例においては、図４に示
した従来例に加えて、支点５１により腕木５２を介して
支持される小形で軽量の摺動接触部５０、腕木５２の軸
５３に接続され摺動接触部５０を同図上方に押し上げる
サーボ・モータ５５、サーボ・モータ５５の軸５６に取
付られ、そのトルクを検出するトルク・センサ５４、サ
ーボ・モータ５５を制御するサーボ・コントローラ５
８、指令値を出力する指令装置５７、サーボ・モータ５
５の軸５６に取付られ、その回転位置を検出する位置検
出器５９が設けられている。

【００２１】同図において、サーボ・コントローラ５８
はトルク・センサ５４が検出するサーボ・モータ５５の
出力トルクを指令装置５７が出力する指令値と比較し、
その値が一致するようにサーボ・モータ５５を制御す
る。サーボ・モータ５５の軸トルクは摺動接触部５０の
回転角度が小範囲であれば、摺動接触部５０の押し上げ
力にほぼ対応するので、第１の実施例の場合と同様、摺
動接触部５０を架線１側にほぼ一定の力で押し上げ、離
線を減少させることができる。

【００２２】また、摺動接触部５０の押し上げ力をさら
に精密に制御したい場合には、同図に示すように、位置
検出器５９を付加し、位置検出器５９の出力を指令装置
５７に与え、指令トルクを補正することもできる。な
お、上記実施例においては、トルク・センサ５４により
サーボ・モータ５５のトルクを検出しトルクを制御する
方式を示したが、トルク・センサ５４を設けずに、サー
ボ・モータ５５の電圧、電流よりサーボ・モータ５５の
出力軸トルクを推定することにより、摺動接触部５０の
押し上げ力を制御することもできる。

【００２３】また、上記第１および第２の実施例におい
ては、車両上部に架線を設けたものについて説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、第
３軌条を持つものにも適用できることはいうまでもな
い。さらに、本発明で付加する制御機器は、集電体２の
重量を増加させ、集電体２自体の追従特性の低下させる
が、上記したように、高速の追従特性は摺動接触部２０
または５０の部分が担当するので、集電体２自体の追従
特性は重要でなく、集電体２の重量増加は実用上障害に
ならない。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明においては、集電体と定置電線路の相対位置変化
にかかわらず定置電線路に対して所要の接触力で接触す
る応答速度の速い摺動接触部を設けたので、定置電線路
状態の急変への追従速度を高め、離線を減少させること
が可能となり、電気車両の高速化の大きな障害の排除に
大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】圧力調整弁の原理構造を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図４】従来の集電装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 架線 ２ 集電体 ３ 車体 ４ 台枠 ５ 下枠 ６ 上枠 ７ ばね ８ カム機構 ９ 摺板 １０ 摺板ばね ２０，５０ 摺動接触部 ２１ 油圧シリンダ ２２ ピストン ２４ 油圧源 ２５ 圧力調整弁 ４０ 圧力設定パイロットのホペット ４１ 圧力調整ねじ ４２ パイロットばね ４３ 弁本体 ４４ スプール ４５ スプールばね ４６ 減圧出口 ４７ 高圧入口 ５４ トルク・センサ ５５ サーボ・モータ ５７ 指令装置 ５８ サーボ・コントローラ ５９ 位置検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定置電線路に接触摺動して電力の伝送を
   行う電気車両用集電装置において、 主たる集電体に、集電体により支持され、集電体と定置
   電線路の相対位置変化にかかわらず定置電線路に対して
   所要の接触力で接触する小形の摺動接触部を設けたこと
   を特徴とする電気車両用集電装置。
2. 【請求項２】 定置電線路と摺動接触部との接触力もし
   くはそれに関連した値が指令値と一致するように自動制
   御を行うことを特徴とする請求項１の電気車両用集電装
   置。