JPH07255101A - 集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】制御性、応答性に優れ、かつ架線への追従性の
良好な、高速鉄道車両に好適な低騒音の集電装置を提供
する。 【構成】集電装置２０は、架線１と接触して集電するす
り板２１ａ，２１ｂを保持する集電体２２、これを支持
する支持碍子３０、ケーブルヘッド５０をはじめとする
導電機構を主構造物とし、格納ドーム４等から構成され
る。架線１とすり板２１ａ，２１ｂの接触力が常に適正
値になるようにアクチュエータ３２で、集電体２２を支
持碍子３０と共に上下制御する。この時、集電体２２と
アクチュエータ３２との間にばね３４を設け、架線ハン
ガ間隔で加振される比較的高周波の振動に追随し易くし
た。 【効果】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両の集電装置に
係わり、特に高速鉄道車両に好適な集電装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の高速化に伴う空力騒音は速度
の８乗程度に比例して増加するため、車両速度の増加に
伴い急激に増加する。一方、環境の保全に対する関心は
今後ますます高まるものと考えられている。このため、
高速で走行する車両では低騒音の集電装置が求められて
いる。

【０００３】高速車両用の低騒音集電装置の一例とし
て、日経メカニカル１９９２年５月４日号第２２頁から
第４０頁「速くなる新幹線」の中で、第２７頁の図４、
５に示されているようなＴ型構成の集電装置が提案され
ている。これは架線と接触して集電するためのすり板を
保持する部材を流線型として一本の碍子で支える構成
で、集電装置周囲の空気の流れの乱れを抑えて騒音を低
減するものである。同様な考えに基づく集電装置が特開
平５−４９１０３や特開平５−４９１０４に示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】架線に接触して集電す
るためには集電装置のすり板が架線から離れることを防
止する必要がある。離線の要因としては、軌道の上下変
位、架線の上下変位がある。これらはすり板に対して加
振要素となる。

【０００５】架線からの振動加振要素としては、約５０
ｍの電柱の設置間隔（スパン間隔という。）に起因する
もの（例えば、走行速度３５０km／ｈ時約１．９Hz）
と、前記スパン内において約５ｍの間隔で架線を吊りさ
げるハンガの間隔に起因するもの（同約１９Hz）とがあ
ることが判明した。

【０００６】本発明の第１の目的は、ハンガ間隔に起因
する振動加振要素に対して、追従性の良い集電装置を提
供することを目的とする。

【０００７】本発明の第２の目的は、スパン間隔に起因
する振動加振要素に対して、追従性の良い集電装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的に対し
て、本発明は、すり板と、該すり板を支持する支持部材
と、該支持部材を上下方向に移動させる駆動機構と、該
駆動機構に押し上げ力の制御信号を出力する制御装置と
からなる集電装置において、前記駆動機構と前記支持部
材との間にばねを設け、該ばねのばね定数はばね上質量
による固有振動数が架線を支持するハンガの間隔と走行
速度で決まる周波数と同程度となるよう設定したこと、
を特徴とする。

【０００９】前記第２の目的に対して、本発明は、前記
ばねおよび前記駆動機構に並列に第２のばねを設け、該
第２のばね定数はばね上質量による固有振動数が架線を
支持する電柱の間隔と走行速度で決まる周波数と同程度
となるよう設定したこと、を特徴とする。

【００１０】

【作用】第１の目的に対する構成において、ばねは駆動
機構に対して直列に設置されており、ばねはハンガ間に
起因する高い周波数の加振に追随し易く設定されている
ので、駆動機構はスパン間に起因したゆっくりした周波
数の上下変位及び空力的な変動力に対応すれば良く、追
随性の秀れた集電装置を構成することができる。

【００１１】第２の目的に対する構成において、スパン
間に起因する周波数の加振に追従する第２の目的のばね
を設置しているので、追従性の優れた集電装置を構成す
ることができる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図を用いて説明す
る。まず、図２に本発明の集電装置を搭載した高速車両
の外観図を示す。列車はＡ方向に進行している。低騒音
化のため車体２の外面はなめらかに形成されており、台
車や床下機器類もカバー２ｃで覆われている。集電装置
２０の下半分は格納ドーム４に囲まれた位置にあり、図
３に詳述するように、絶縁用支持碍子３０、導電用ケー
ブルヘッド５０、集電体２２などの集電主要部材が集電
時には格納ドーム４のほぼ中央部から突出し、架線１に
接触している。格納ドーム４は外表面が空気抵抗の少な
い流線型であり、その内部には、台座３、高圧ケーブル
５、高圧コネクター６、集電装置起伏用のシリンダー
７、ロッド８等が配設されている。 デルタ翼型の集電
体２２は方向性をもつのに対して列車は逆方向にも走行
しなければならない。そこで一編成の列車には正逆の対
となる集電装置を装備しており、進行方向に正となる集
電装置を使用することになる。この時逆方向の集電装置
の集電体や碍子は高速走行時に走行抵抗や騒音源とな
る。そこで逆方向走行時には集電装置２０を格納ドーム
４内に収納する。このために図２に示すように集電装置
２０は回転軸４０Ａと軸受４１で構成される旋回機構４
０を介して車体屋根（図示せず）に設けた台座３に取り
付けてある。すなわち集電体２２、支持碍子３０、ケー
ブルヘッド５０等を取付座５５でまとめて回転軸４０Ａ
を中心にして旋回し、図３に示すドーム４の内部に収納
する。そして格納後はシャッター機構９により収納口を
閉鎖し、ドーム表面を平滑にして、騒音発生を防いでい
る。ここで集電装置２０の格納や装架のための旋回動作
は図２に示すシリンダー７や操作ロッド８により行う。
またこの旋回動作の都度、可撓性高圧ケーブル５ａは屈
伸が繰り返されるので、絶縁性能確保の点から定期的に
交換する必要があり、高圧コネクタ６で脱着することに
なる。

【００１３】図１において、デルタ翼型をした集電体２
２は支持碍子３０で支えられており、上面には架線接触
集電用のすり板２１ａ、２１ｂが埋設されている。すり
板２１ａ、２１ｂで集電された電力は集電用ケーブルヘ
ッド５０により可撓性高圧ケーブル５ａ（格納ドーム内
部に位置するため図３では図示せず、図１に示してあ
る）に導かれる。可撓性高圧ケーブル５ａは高圧コネク
ター６を介して高圧ケーブル５に接続されている。

【００１４】集電体２２は空力騒音を低減するために平
面的には列車進行方向Ａ側を鋭角としたデルタ翼型であ
り、縦断面は前端側および後端側の厚さが小さくなる翼
型（流線型）となっている。集電体２２は炭素繊維強化
複合材の成型体で構成し、架線１との対向面に金属性の
保護板２４を設けている。炭素繊維強化複合材としては
軽量、高剛性、高耐熱性の点から炭素繊維を基材とした
エポキシ樹脂複合材が好適である。一方、保護板２４は
高熱伝導率と軽量性からアルミ板で形成するのが適当
で、一例として厚さ２mm程度のものが推奨される。集電
状態においては集電装置２０と格納ドーム４の間の隙間
及び格納用開口部は、シャッター機構９により塞がれて
いる。

【００１５】集電装置２０はこのように集電体２２の支
持機構と導電機構を分離して、支持碍子３０とケーブル
ヘッド５０というように異なる電気絶縁部材を採用し、
それぞれに求められる機能、特性に応じた最適な構成を
選択しようするものである。集電体２２はすり板２１
ａ，２１ｂを支持する部材を構成する。

【００１６】集電装置の動作を図３により説明する。高
速走行時の抵抗や空力騒音を低減する目的で、流線型断
面に形成した集電体２２には、架線１と接触するすり板
２１ａ、２１ｂが取り付けてある。この集電体２２は支
持碍子３０で支えられ、荷重検出器３３、ばね３４を介
して駆動用アクチュエータ３２の操作力を伝える駆動ロ
ッド３１に接続されている。この構成においてすり板２
１ａ、２１ｂが架線１を押付ける力を荷重検出器３３で
検出し、この押付け力が適正な値（架線の損傷が小さ
く、かつすり板が架線から離線しない値）を保ちつつ架
線に追従するように駆動用アクチュエータ３２の操作力
を制御する。

【００１７】３４は集電体２２と駆動用アクチュエータ
３２の間に設けられたばねであり、そのばね定数はばね
上質量による固有振動数が、架線１のハンガ間隔（約５
ｍ）と高速走行速度（その車両の最高速度、例えば３５
０km／ｈ）で決まる周波数と同程度（約１９Hz）となる
よう設定されている。さらに、ばね３４と駆動用アクチ
ェータ３２に併設してばね３４より十分に軟かいばね３
５を設けている。このばね３５のばね定数はばね上質量
による固有振動数が、架線１のスパン間隔（約５０ｍ）
と高速走行速度（その車両の最高速度、例えば３５０km
／ｈ）で決まる周波数と同程度（約１．９Hz）となるよ
う設定されている。

【００１８】架線１とハンガ間隔、スパン間隔について
説明する。約５０ｍのスパン間隔で設置されて電柱に吊
架線が張られ、吊架線に約５ｍ間隔でハンガが吊下げら
れ、ハンガに架線１が固定されている。

【００１９】ばね３４，３５を設置したことによる集電
体２２の倒れ防止はアクチぇェータ３２に設置した筒体
６１と支持碍子３０に設置した筒体６２とが摺動するよ
うに設けて行っている。

【００２０】かかる構成において、上記のように、架線
１からの振動加振源として約５０ｍのスパン間に起因す
るもの（走行速度３５０km／ｈ時約１．９Hz）について
は駆動用アクチュエータがばね３５の動きに合わせて追
従し、ハンガ間約５ｍに起因する加振（約１９Hz）に対
してはばね３４により追随し易く設定されているので、
離線の少ない低騒音の高速集機能が得られる。

【００２１】架線への追随性をさらに高めるには、上記
実施例のばね３４あるいはばね３５に併設してダンパを
設けるのが有効である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
架線への追従性を著しく向上させた低騒音集電装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の集電装置の縦断面図であ
る。

【図２】本発明の一実施例の集電装置を搭載した高速鉄
道車両の外観図である。

【図３】本発明の一実施例の集電装置の斜視図である。

【符号の説明】

１…架線、２…車体、２ｃ…カバー、３…集電装置台
座、４…格納ドーム、５ａ…可撓性高圧ケーブル、５…
高圧ケーブル、６…高圧コネクター、７…シリンダー、
８…操作ロッド、９…シャッター機構、２０…集電装
置、２１ａ，２１ｂ…すり板、２２…集電体、２４…保
護板、３０…支持碍子、３０Ａ…高分子樹脂碍子、３１
…駆動ロッド、３２…アクチュエータ、３３…荷重検出
器、３４…ばね、３５…ばね、４０…旋回機構、４０Ａ
…回転軸、４１…軸受、５０…ケーブルヘッド、５１…
可撓導体、５５…取付座、Ａ…列車進行方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 邦芳 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 牧野 俊昭 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 萩原 修哉 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】すり板と、該すり板を支持する支持部材
   と、該支持部材を上下方向に移動させる駆動機構と、該
   駆動機構に押し上げ力の制御信号を出力する制御装置と
   からなる集電装置において、 前記駆動機構と前記支持部材との間にばねを設け、該ば
   ねのばね定数はばね上質量による固有振動数が架線を支
   持するハンガの間隔と走行速度で決まる周波数と同程度
   となるよう設定したこと、 を特徴とする集電装置。
2. 【請求項２】請求項１の集電装置において、前記ばねお
   よび前記駆動機構に並列に第２のばねを設け、該第２の
   ばね定数はばね上質量による固有振動数が架線を支持す
   る電柱の間隔と走行速度で決まる周波数と同程度となる
   よう設定したこと、を特徴とする集電装置。