JPH0731003A - 移動体の集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アーク放電が消孤するのを防止して良好な集
電を行うことのできる移動体の集電装置を提供する。 【構成】 集電装置１は、モータ１７により上下動可能
なアーク電極３，空気シリンダ２１により上下動可能な
パンタグラフ５，アーク電極３のアーク放電の強度Ｃを
検出する受光素子２７，および鉄道車両の走行速度Ｖを
検出するスピードメータ２９を備えている。Ｃ＜Ｃ0
（所定値）となるとアーク電極３を一度地上導体５５に
当接させて引き上げる。これによりアーク放電が消孤す
るのを防止できる。また、Ｖ＜Ｖ0 （所定値）となると
パンタグラフ５を下げ、パンタグラフ５による集電に切
り換える。すると、地上導体５５の劣化を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体の軌道に沿って
配設された導体より電力を集電する移動体の集電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば鉄道車両などの移動体で
は、軌道に沿って架設されたトロリー線，剛体架線，ま
たは軌道に沿って敷設された第三軌条レールなどの導体
に、パンタグラフ，集電シューなどを接触させて接触さ
せて電力を集電し、その電力により駆動力を発生してい
る。ところが、移動体の速度が増加するに従って移動体
と導体との間隔が激しく変動する。このため、これら接
触式の集電装置を用いた場合、移動体が所定速度に達す
ると、パンタグラフなどの伸縮が上記変動に追従しきれ
なくなり、安定して集電を行えなくなることがあった。

【０００３】そこで、軌道に沿ってコイルを敷設すると
共に移動体内にもコイルを固定し、軌道上のコイルが発
生する磁束を移動体内のコイルが横切ることによって誘
起される電力を集電する集電装置が考えられている。こ
の場合は、移動体の速度が増加しても、移動体の振動に
余り影響を受けることなく安定して集電を行うことがで
きる。ところが、移動体の速度が遅いと充分な電力が誘
起されず、また、停止中は全く電力が誘起されない。こ
のため、バッテリなどを搭載して移動中に電力を充電し
ておく必要があり、移動体の重量が増加してしまう。ま
た、バッテリ容量に応じて停止時間および低速走行可能
な距離が規定されてしまう。そこで、軌道に沿って敷設
または架設された導体に高電圧を印加し、アーク放電に
よって非接触で集電するアーク式の集電装置が提案され
ている。

【０００４】この集電装置を用いた場合、この場合も移
動体の速度が増加するに従ってアーク電極と導体との間
隔が激しく変動するが、アーク電極と導体との間隔が多
少変動してもアーク放電が消孤しない限り集電し続ける
ことができる。従って、上記接触式の集電装置より速い
速度範囲まで良好に集電を行うことができる。また、低
速走行時および停止時にも集電を行なうことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば移動
体の速度が更に増加し、アーク電極と導体との間隔が所
定量以上に変動すると、アーク放電が消孤して集電を行
えなくなることがあった。また、移動体の速度が増加す
るとアーク電極が受ける風が強くなり、このためにアー
ク放電が消孤してしまうこともあった。従って、このア
ーク放電による集電装置でも充分に良好な集電を行うこ
とはできなかった。そこで本発明は、アーク放電が消孤
するのを防止して良好な集電を行うことのできる移動体
の集電装置を提供することを目的としてなされた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するために
なされた請求項１記載の発明（以下、第一発明と記載）
は、図１に例示するように、移動体の軌道に沿って配設
された導体よりアーク放電によって電力を集電するアー
ク電極を備えた移動体の集電装置において、上記アーク
放電の強度を検出するアーク強度検出手段と、該検出さ
れたアーク放電の強度が所定値以下となったとき、上記
アーク電極を上記導体に近接させるアーク電極駆動手段
と、を設けたことを特徴とする移動体の集電装置を要旨
としており、請求項２記載の発明（以下、第二発明と記
載）は、図２に例示するように、上記第一発明に、更
に、上記導体と接触することにより上記導体より電力を
集電する接触電極と、移動体の速度を検出する移動体速
度検出手段と、該検出された速度が所定値以下のとき上
記接触電極を上記導体に接触させ、所定値以上のとき上
記導体から隔離する接触電極駆動手段と、を設けたこと
を特徴とする移動体の集電装置を要旨としている。

【０００７】

【作用】このように構成された第一，第二発明では、ア
ーク強度検出手段がアーク放電の強度を検出し、アーク
電極駆動手段は該検出されたアーク放電の強度が所定値
以下となったとき、上記アーク電極を上記導体に近接さ
せる。このため、アーク放電が消孤する前にそのアーク
放電を復活させることができる。

【０００８】また、第二発明では更に、移動体の速度が
所定速度以下のとき導体に接触電極を接触させ、その接
触電極による集電に切り換えることができる。ここで、
アーク放電による集電を低速走行時または停止時に行な
うと、導体が劣化することがある。ところが、第二発明
では上記動作により、導体が劣化するのを防止して、延
いてはアーク放電が消孤するのを一層良好に防止するこ
とができる。また、移動体の速度が所定速度以上となる
と導体から接触電極を隔離し、アーク放電による集電に
切り換えることができる。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図３は集電装置１の構成を表す側面図であり、図４
は集電装置１が装着された浮上式の鉄道車両５０を表す
正面図である。

【００１０】図４に示すように、本実施例の鉄道車両５
０は略Ｕ字の溝状に形成された軌道５３内を走行する周
知の浮上式鉄道である。軌道５３の底面５３ａには、一
対の溝部５３ｂが形成され、その一対の溝部５３ｂ内に
は、互いに極性の異なる高圧電流を軌道５３に沿って供
給する一対の地上導体５５が、各々敷設されている。

【００１１】鉄道車両５０の下部には、一対の集電装置
１が各地上導体５５とそれぞれ対向するように設けられ
ている。また、軌道５３の両側側壁５３ｃには一対の地
上コイル５７がそれぞれ埋設され、鉄道車両５０の両側
側面には各地上コイル５７と対向する一対の超伝導磁石
５９が設けられている。

【００１２】この構成により鉄道車両５０は、一対の地
上導体５５の間に供給された電力を集電装置１を介して
集電することができる。また、鉄道車両５０は、このよ
うにして集電した電力により各超伝導磁石５９を冷却す
る。すると、鉄道車両５０は、各超伝導磁石５９と各地
上コイル５７との間に発生する磁気的吸引力・反発力に
より駆動力を得る。また、鉄道車両５０の走行速度が所
定速度（例えば１００km/h）以上に達すると、各超伝導
磁石５９と地上コイル５７との電磁誘導作用により、鉄
道車両５０が浮上する。なお、上記集電された電力は、
鉄道車両５０の照明，空調などにも使用される。

【００１３】次に、図３に基づき集電装置１の構成を詳
述する。図に示すように、集電装置１は、アーク電極３
とパンタグラフ５とを有している。アーク電極３は、鉄
道車両５０の台車枠５０ａに、支持具７，９を介して垂
直方向に摺動自在に設けられている。アーク電極３の先
端部３ａは炭素電極によって構成され、地上導体５５と
の間で容易にアーク放電を発生する。なお、このアーク
放電によって集電された電力は図示しない送電線を介し
て鉄道車両５０内に供給される。また、先端部３ａ側面
と下側の支持具９との間には電極絶縁材１１が配設さ
れ、集電された電力が台車枠５０ａに漏れるのを防止し
ている。更に、アーク電極３の基端部３ｂ表面にはウォ
ームギアが形成され、ギア１３を介してモータ１７と接
続されている。このため、モータ１７を回転させると、
アーク電極３が上下動する。

【００１４】一方、パンタグラフ５は、空気シリンダ２
１により全体を変形させて、集電用シュー２３を上下動
させる周知のものであり、支持碍子２４を介して台車枠
５０ａに固定されている。また、地上導体５５は、支持
碍子５５ａを介して溝部５３ｂに固定されている。すな
わち、集電用シュー２３を有するパンタグラフ５は接触
電極に相当し、モータ１７および空気シリンダ２１は、
それぞれアーク電極駆動手段および接触電極駆動手段に
相当する。

【００１５】次に、モータ１７および空気シリンダ２１
には、電子制御回路（ＥＣＵ）２５からの駆動信号が入
力され、それぞれこの信号によって制御される。ここ
で、電子制御回路２５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを主
要部とする周知のマイクロコンピュータである。また、
電子制御回路２５には、アーク電極３近傍に配設されア
ーク放電の強度を検出するアーク強度検出手段としての
受光素子２７と、鉄道車両５０の走行速度を検出する移
動体速度検出手段としてのスピードメータ２９との検出
信号が入力されている。

【００１６】このように構成された電子制御回路２５で
は、受光素子２７およびスピードメータ２９の検出信号
に基づき、アーク電極３およびパンタグラフ５を上下動
させる以下に示す処理を実行する。図５は、電子制御回
路２５にて実行される処理を表すフローチャートであ
る。なお、電子制御回路２５は、鉄道車両５０のメイン
スイッチ（図示せず）がオンされたときこの処理を開始
する。

【００１７】処理を開始すると、先ず、Ｓ１１にてアー
ク放電による集電中であることを表すフラグＦがセット
されているか否かを判断する。Ｆ＝０である場合はＳ１
３へ移行し、走行速度Ｖが所定値Ｖ0 以上であるか否か
を判断する。Ｖ＜Ｖ0 である場合は、否定判断してＳ１
１へ復帰する。ここで、後述するように、通常処理開始
時にはＦ＝０，Ｖ＝０であり、パンタグラフ５は下がっ
ている。そこで、パンタグラフ５を介して集電を行ない
ながら、Ｖ≧Ｖ0 となるまでＳ１１，Ｓ１３を繰り返
す。

【００１８】Ｖ≧Ｖ0 となると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、Ｓ
１５，Ｓ１７へ移行し、アーク電極３を下げて地上導体
５５に当接させると共に、パンタグラフ５を引き上げて
地上導体５５から隔離する。続くＳ１９では、アーク電
極３を引き上げてアーク放電を発生させ、Ｓ２１では、
受光素子２７にて検出したアーク放電の強度Ｃ（受光素
子２７の出力電圧に対応する）が所定値Ｃ0 以上である
か否かを判断する。Ｃ＜Ｃ0 のとき、すなわちアーク放
電が良好に発生していないときは、Ｓ２３にてもう一度
アーク電極３を地上導体５５に当接させ、Ｓ１９へ移行
する。Ｓ１９〜Ｓ２３の処理を繰り返すうちにアーク放
電が良好に発生し、Ｃ≧Ｃ0 となると（Ｓ２１：ＹＥ
Ｓ）、Ｓ２５にてフラグＦをセットしてＳ１１へ移行す
る。

【００１９】すると、Ｓ１１にて肯定判断してＳ２９へ
移行する。Ｓ２９では、Ｖ≧Ｖ0 であるか否かを判断
し、依然としてＶ≧Ｖ0 であれば、続くＳ３１にて、Ｃ
≧Ｃ0であるか否かを判断する。Ｃ≧Ｃ0 のときはその
ままＳ１１へ移行し、Ｃ＜Ｃ0のときは、Ｓ３３，Ｓ３
５にて、アーク電極３を一度地上導体５５に当接させ、
再び引き上げた後Ｓ３１へ移行する。すなわち、アーク
放電の強度Ｃが所定値Ｃ0 より小さくなった場合は、Ｃ
≧Ｃ0 となるまでＳ１９〜Ｓ２３と同様の処理を繰り返
す。

【００２０】続いて、鉄道車両５０が減速してＶ＜Ｖ0
となるとＳ２９にて否定判断し、Ｓ３７へ移行する。Ｓ
３７ではパンタグラフ５を下げ、続くＳ３９ではフラグ
ＦをリセットしてＳ１１へ移行する。そして、鉄道車両
５０が再び加速してＶ≧Ｖ0となるまで、前述のように
Ｓ１１，Ｓ１３の処理を繰り返すのである。なお、上記
処理において、Ｓ２３，Ｓ３３がアーク電極駆動手段
に、Ｓ１７，Ｓ３７が接触電極駆動手段に、それぞれ相
当する処理である。

【００２１】このように、本実施例ではアーク放電の強
度Ｃが所定値Ｃ0 より小さくなった場合は、アーク電極
３を下げ、Ｃ≧Ｃ0 となるまでそのアーク電極３の上げ
下げを繰り返す。このため、アーク放電が消孤する前に
そのアーク放電を復活させることができる。従って、ア
ーク放電が消孤するのを防止して良好に電力を集電する
ことができる。

【００２２】また、本実施例では鉄道車両５０の走行速
度Ｖが所定値Ｖ0 より小さくなった場合、パンタグラフ
５を下げて接触式の集電に切り換えている。このため、
地上導体５５が劣化するのを防止して、延いてはアーク
放電が消孤するのを一層良好に防止することができる。

【００２３】なお、上記実施例では、集電装置１を浮上
式の鉄道車両５０に適用しているが、本実施例の集電装
置１はレール式の鉄道車両にも適用することもできる。
図６は、集電装置１が装着されたレール式の鉄道車両６
３を表す正面図である。図に示すように、レール６１の
上方に剛体架線６５が架設され、鉄道車両６３上部に
は、集電装置１が剛体架線６５と対向するように設けら
れている。鉄道車両６３は、集電装置１を介して集電し
た電力によって車輪６７を回転させ、駆動力を得る。こ
の場合も、集電装置１ではアーク放電が消孤するのを防
止して良好に電力を集電することができる。また、本実
施例の集電装置１は、この他にも、例えば実験用車両や
物資運搬用ロボットなど種々の移動体に適用することが
できる。

【００２４】一方、上記実施例の集電装置１では、Ｃ＜
Ｃ0 となったときアーク電極３を地上導体５５または剛
体架線６５に当接させているが、単に近接させるだけで
もよい。この場合もアーク放電が消孤するのを良好に防
止することができる。また、上記実施例の集電装置１は
アーク電極３とパンタグラフ５とを備えているが、パン
タグラフ５は特に設けなくてもよい。この場合も、Ｃ≧
Ｃ0 となるようにアーク電極３を駆動することにより、
アーク放電が消孤するのを良好に防止することができ
る。更に、パンタグラフ５を設けない場合、Ｖ＜Ｖ0 の
ときはアーク電極３を地上導体５５または剛体架線６５
に継続的に当接させるように制御してもよい。こうすれ
ば低速走行時にアーク放電が発生せず、地上導体５５な
どが劣化するのを上記実施例と同様に防止することがで
きる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、第一，第二発明で
は、アーク放電の強度が所定値以下となったとき、上記
アーク電極を上記導体に近接させる。このため、アーク
放電が消孤する前にそのアーク放電を復活させることが
できる。従って、アーク放電が消孤するのを防止して良
好に電力を集電することができる。

【００２６】また、第二発明では更に、低速走行時およ
び停止時には接触電極による集電に切り換えることがで
きるので、導体が劣化するのを防止して、延いてはアー
ク放電が消孤するのを一層良好に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一発明の構成例示図である。

【図２】第二発明の構成例示図である。

【図３】実施例の集電装置の構成を表す側面図である。

【図４】実施例の集電装置が装着された浮上式の鉄道車
両を表す正面図である。

【図５】実施例の集電装置の制御回路で実行される処理
を表すフローチャートである。

【図６】実施例の集電装置が装着されたレール式の鉄道
車両を表す正面図である。

【符号の説明】

１…集電装置 ３…アーク電極
５…パンタグラフ １７…モータ ２１…空気シリンダ
２５…電子制御回路 ２７…受光素子 ２９…スピードメータ
５０…鉄道車両 ５３…軌道 ５５…地上導体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体の軌道に沿って配設された導体よ
   りアーク放電によって電力を集電するアーク電極を備え
   た移動体の集電装置において、 上記アーク放電の強度を検出するアーク強度検出手段
   と、 該検出されたアーク放電の強度が所定値以下となったと
   き、上記アーク電極を上記導体に近接させるアーク電極
   駆動手段と、 を設けたことを特徴とする移動体の集電装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の移動体の集電装置であっ
   て、更に、上記導体と接触することにより上記導体より
   電力を集電する接触電極と、 移動体の速度を検出する移動体速度検出手段と、 該検出された速度が所定値以下のとき上記接触電極を上
   記導体に接触させ、所定値以上のとき上記導体から隔離
   する接触電極駆動手段と、 を設けたことを特徴とする移動体の集電装置。