JPH08308013A - パンタグラフの押上力制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でパンタグラフの作用高さに対応
して補助翼の迎角を変化させて押上力を容易に制御する
ことができる、低騒音の翼型舟体を備えるパンタグラフ
の押上力制御方法および装置を提供する。 【解決手段】 π型パンタグラフ１０は、低騒音の翼型
舟体１１、舟体１１を支持する支持装置１２、支持装置
１２を間隔をあけて支える一対のポール１３ａ，１３
ｂ、一対のポール１３ａ，１３ｂ間に配置される補助翼
１４などを含む。補助翼１４の迎角θは、舟体１１の姿
勢を保つ補助リンク１９に連動する補助翼リンクを利用
して、パンタグラフ１０の作用高さに対応して変化さ
れ、舟体１１の押上力の変化を抑制するように制御され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両に使用さ
れる低騒音の翼型舟体を備えるパンタグラフの押上力制
御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両、特に新幹線に代表される高速
鉄道車両に使用されるパンタグラフは、車両速度が増加
するにつれて、空力音などの騒音が増加する。騒音基準
をクリアするために、パンタグラフの集電用に用いる舟
体の断面形状を翼型にすることによって舟体付近の空気
の乱れを少なくし低騒音化を行うことが提案されてい
る。この翼型の舟体は、低騒音化には役立つけれども、
正または負の揚力を発生しやすく、トロリ線への押付け
力が増大あるいは減少する傾向がある。また舟体自体の
パンタグラフの作用高さによる揚力の変化は小さいけれ
ども、パンタグラフの枠体についてのモーメントへの寄
与は作用高さによる変化が大きく、トロリ線への押付け
力もそのモーメントに従って変化する。

【０００３】パンタグラフの押上力を制御するために、
舟体の迎角を変化させるか、または迎角は不変として舟
体の形状を注意深く選定するなどして、作用高さが変動
してもトロリ線への押付け力が一定の範囲内に収まるよ
うに調整している。また翼型舟体単独による押上力制御
には方向性などの限界があるので、補助翼を用いて往復
走行時の揚力調整を図るパンタグラフの先行技術は、た
とえば特開平５−３２８５１２号公報に開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】舟体単独による押上力
の制御では、作用高さが変動する場合のトロリ線への押
付け力の調整が充分ではなく、また集電機能と空力的機
能とが要求される舟体に、さらに低騒音機能が要求され
るので、舟体の構造が複雑となり、ひいてはコスト高に
つながる。

【０００５】また補助翼を用いる先行技術では、車両の
進行方向の違いによる揚力を制御するだけであり、パン
タグラフの作用高さに対応して押上力が変動しないよう
に揚力を制御するものではない。

【０００６】本発明の目的は、簡単な構成でパンタグラ
フの作用高さが変動しても補助翼の揚力を容易に制御し
て舟体のトロリ線への押付け力変化を抑えることができ
る、低騒音の翼型舟体を備えるパンタグラフの押上力制
御方法および装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、低騒音の翼型
舟体を備えるパンタグラフの押上力制御方法において、
舟体の下方に補助翼を設け、補助翼の迎角を、パンタグ
ラフの作用高さに対応して変化させることによって補助
翼の揚力を加減し、舟体の押上力変化を抑えることを特
徴とするパンタグラフの押上力制御方法である。本発明
に従えば、低騒音の翼型舟体を備えるパンタグラフの押
上力制御は、舟体の下方に設けられた補助翼の迎角を、
パンタグラフの作用高さに対応して変化させ、補助翼で
揚力を加減することによって行う。パンタグラフの舟体
の下方に補助翼を設けるだけの簡単な構成で、パンタグ
ラフの作用高さに対応して補助翼の迎角を変化させるこ
とによって舟体の押上力変化を抑えることができ、トロ
リ線への押付け力を一定の範囲内に調整することが可能
となる。

【０００８】また本発明は、補助翼の迎角の変化を、舟
体の姿勢制御のためのリンク機構と結合させて行うこと
を特徴とする。本発明に従えば、補助翼の迎角の変化
を、舟体の姿勢制御のためのリンク機構と結合させて行
う。

【０００９】また本発明は、低騒音の翼型舟体を備える
パンタグラフの押上力制御装置において、舟体を支える
支持装置と、間隔をあけて支持装置を支える一対のポー
ルと、一対のポール間に配置される補助翼と、補助翼の
迎角を、パンタグラフの作用高さに対応して変化させ、
パンタグラフの作用高さによって変わる舟体の押上力の
変化を抑制するように制御する制御手段とを含むことを
特徴とするパンタグラフの押上力制御装置である。本発
明に従えば、低騒音の翼型舟体を備えるパンタグラフの
押上力制御装置は、舟体が支持装置によって支持され、
この支持装置を間隔をあけて支える一対のポール間に補
助翼が配置され、この補助翼の迎角をパンタグラフの作
用高さに対応して変化させ、パンタグラフの作用高さに
よって変わる舟体の押上力の変化を抑制するように制御
手段を用いて制御する。作用高さによって変わる揚力に
よるモーメントと抗力によるモーメントとの釣り合いを
舟体で考慮する必要はなくなり、補助翼の発生する揚力
によって、パンタグラフの各作用高さでのモーメントを
釣り合わせ、トロリ線への押付け力を一定の範囲内に調
整することが可能となる。

【００１０】また本発明は、前記制御手段は、リンク機
構によって、補助翼の迎角を制御することを特徴とす
る。本発明に従えば、前記制御手段は、補助翼の迎角を
前記ポール内に設けられるリンク機構によって制御する
ので、リンク機構による抗力増加などの空力的影響を免
れることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
あるπ型パンタグラフ１０の車両進行方向に向かっての
左側面図を示す。このときのパンタグラフ１０の進行方
向は、矢符Ａのとおりである。図２は、図１に示すπ型
パンタグラフ１０の進行方向に向かっての正面図を示
す。π型パンタグラフ１０は基本的に、低騒音の翼型舟
体１１と、舟体１１を支持する支持装置１２と、間隔を
あけて支持装置１２を支える一対のポール１３ａ，１３
ｂと、一対のポール１３ａ，１３ｂ間に配置される補助
翼１４と、舟体１１の長手方向両端部に接続されるホー
ン１５と、これらを支えて車両に固定するための台枠１
６と、台枠１６を覆う台枠カバー１７と、補助翼１４の
迎角θをパンタグラフの作用高さに対応して変化させ、
舟体１１の押上力の変化を抑制するように制御する制御
手段であるリンク機構とを含んで構成される。

【００１２】なお補助翼１４の迎角θとは、レール面に
平行な平面と補助翼１４の断面中心線との成す角であ
り、図１にて補助翼１４が右下がりのときを正（＋）と
し、右上がりのときを負（−）とする。

【００１３】パンタグラフ１０は、たとえばばねなどの
力でレバー１８を矢符Ｆ方向に吸引操作することによっ
て発生する反時計回り（左回り）方向のモーメントに従
って、トロリ線に舟体１１を押付けている。このパンタ
グラフ１０の作用高さは、レール面からトロリ線までの
距離に対応して、仮想線２０，２１で示される間の範囲
において変動する。

【００１４】補助翼１４は、その位置が各ポール１３
ａ，１３ｂの中間よりも上側過ぎると舟体１１の影響を
受け、反対に下側過ぎると充分な揚力を得られないの
で、ポール１３ａ，１３ｂの中間よりも若干上側に配置
される。各ポール１３ａ，１３ｂは中空であり、その内
部にはリンク機構を構成する補助リンク１９が設けられ
る。補助リンク１９の下端は台枠１６に、上端は支持装
置１２にそれぞれピン結合される。補助リンク１９の両
端付近はほぼ９０°近くまで曲がり、ほぼ平行となる。

【００１５】補助翼１４の迎角θは、各ポール１３ａ，
１３ｂ内に設けられるリンク機構によって、後述するよ
うにして制御される。たとえばパンタグラフ１０の作用
高さが変動範囲Ｓ１内において仮想線２０で示されるよ
うに最も低いときには、迎角θはその範囲Ｓ１内で最小
となり、また仮想線２１で示されるように最も高いとき
には、迎角θはその範囲Ｓ１内で最大となるように制御
手段によって制御される。このようにパンタグラフ１０
の作用高さに対応して補助翼１４の迎角θが変化させら
れるので、舟体１１の押上力の変化を抑制することがで
きる。

【００１６】図３は、舟体１１の押上力に関して説明す
るための図である。図３（ａ）に示すように、舟体１１
には、パンタグラフの作用高さには依存しない舟体揚力
Ｐｆと舟体抗力Ｄｆとが作用する。また補助翼１４に
は、リンク機構１９によって前述のように制御される迎
角θの変化とともに大きさが変化する補助翼揚力Ｐｗと
補助翼抗力Ｄｗとが作用する。なおポール１３ａ，１３
ｂなど他の部分に作用する力は、前記各力よりもはるか
に小さいので無視する。

【００１７】各ポール１３ａ，１３ｂを参照符「１３」
で総称する。ポール１３の先端側では支持装置１２がポ
ール１３に軸２２を介してピン結合され、基端側では台
枠１６に軸２３を介してピン結合される。補助リンク１
９は、支持装置１２および台枠１６に、軸２４，２５を
介してそれぞれピン結合される。軸２２，２３，２４，
２５間の部分は、平行四辺形リンク機構を構成し、パン
タグラフの作用高さ、すなわちポール１３の傾斜角φが
変化しても、舟体１１の姿勢は一定に維持される。補助
翼１４は連結板３０に固定接続され、連結板３０の一端
は軸２６でポール１３にピン結合され、補助翼リンク３
１にピン結合される。補助翼リンク３１は、一端を連結
板３０に軸２７でピン結合され、他端を軸２８で支持装
置１２にピン結合される。連結板３０、支持装置１２、
ポール１３および補助翼リンク３１は、軸２２，２６，
２７，２８を４隅とする四角形リンクを構成する。

【００１８】軸２２，２３間および軸２３，２６間のポ
ール１３の長さをそれぞれｄ１，ｄ２とし、レバー１８
の長さをｄ３とし、レバー１８を吸引する力のうち、レ
バー１８の直角成分をＦとすると、軸２３まわりのモー
メントの釣り合いから、舟体１１へはトロリ線から次の
第１式を満たす押圧力Ｗが作用する。押圧力Ｗは押上力
の反力である。

【００１９】 （Ｗ−Ｐｆ）×ｄ１×cosφ＋Ｄｆ×ｄ１×sinφ−Ｐｗ×ｄ２×cosφ ＋Ｄｗ×ｄ２×sinφ−Ｆ×ｄ３＝０ …（１） 図３（ｂ）、補助翼リンク３１の反補助翼端の結合部の
軸２８を支持装置１２と結合するのではなく、台枠１６
と結合することによって、同様の目的を果たすことがで
きる構成を示す。また、図３（ｃ）に示すように、補助
リンク１９に軸２８でピン結合しても、同一効果が得ら
れる位置がある。

【００２０】図４は、本発明に関わるパンタグラフ１０
の作用高さと舟体１１の押上力変化との関係を示すグラ
フの一例である。舟体１１の押上力変化は、前記変動範
囲Ｓ１において、図１の仮想線２１で示す最大作用高さ
位置での押上力変化を基準として、図１の仮想線２０の
位置まで、図４に示すように押上力変化量が変動する。
この変動範囲Ｓ１に対応する押上力の変化量の範囲Ｓ２
は、予め定める規定範囲Ｓ３内に収まっているので、ト
ロリ線への舟体１１の過剰な押付けは防止され、トロリ
線および舟体１１の摩耗を最小限にとどめることができ
る。なお図４、後述する図５および図６の各グラフは、
パンタグラフ１０の周囲の風速が最大値のときの様子を
示している。

【００２１】図５は、本発明に関わるパンタグラフ１０
の作用高さと舟体１１および補助翼１４の迎角との関係
の一例を示すグラフである。図５において、ラインＬ１
は舟体１１の迎角を、ラインＬ２は補助翼１４の迎角変
化をそれぞれ示す。舟体１１の迎角はパンタグラフ１０
の作用高さに拘わらず不変、すなわち０°のままであ
る。補助翼１４の迎角θは、パンタグラフ１０の作用高
さが図１に示される位置にあるときに０°であって、こ
れより作用高さが低いときには負の値に制御され、これ
より作用高さが高いときには正の値に制御される。つま
り補助翼１４の迎角は、前記変動範囲Ｓ１においてパン
タグラフ１０の作用高さが高くなるにつれて、図１の仮
想線２０で示される位置に対応する最低値（負の最大
値）から、図１の仮想線２１で示される位置に対応する
最大値まで増加するように制御される。舟体の特性とし
て迎角０であっても揚力を発生する場合もあり、この場
合には補助翼の揚力特性または補助翼の迎角をシフトし
た形で設定し、バランスさせることもできる。

【００２２】図６は、本発明に関わるパンタグラフ１０
の補助翼１４の迎角と、その揚力および抗力との関係の
一例を示すグラフである。図６において、ラインＬ３は
補助翼１４の揚力変化を、ラインＬ４は補助翼１４の抗
力変化をそれぞれ示す。補助翼１４の揚力は、抗力より
も常に大きく、迎角の増加にほぼ比例して増加する。補
助翼１４の抗力は、迎角が０°、すなわち図１に示す場
合に最小値をとり、この最小値を境に正の迎角側と負の
迎角側とでほぼ対称的に、すなわち迎角の絶対値に対応
して、その絶対値が増加するにつれて緩やかに増加する
ように近似される（補助翼の形状により抗力の特性は変
化するが、通常に使われる範囲でほぼ変化しないとみて
よい程度のものである。）。

【００２３】図７は、補助翼１４の迎角θを制御するた
めのリンク機構の構成を示す。補助翼１４は連結板３０
に固定接続され、連結板３０の一端は軸２６でポール１
３にピン結合され、他端は軸２７で補助翼リンク３１に
ピン結合される。補助翼リンク３１は、一端を連結板３
０に軸２７でピン結合され、他端を軸２８で支持装置１
２にピン結合される。

【００２４】図８に示すように、連結板３０、支持装置
１２、ポール１３、および補助翼リンク３１は、軸２
２，２６，２７，２８を４隅とする４角形リンクを構成
する。この４角形リンクの４辺の長さをｌ１，ｌ２．ｌ
３．ｌ４とすると、それぞれの値を適当に選択すること
によって、ポール角度φが変化するのに同調して、連結
板３０の傾き、すなわち補助翼１４の傾きを変化させる
ことができる。

【００２５】同様に補助翼リンク３１の反補助翼の結合
部である軸２８を、支持装置１２と結合するのではな
く、図３（ｂ）に示すように台枠１６と結合することも
できる。補助翼リンク３１を連結させる車両の屋根に近
づくので、風速が下がり、発生する音のエネルギが少な
くなる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、補助翼の迎角をパンタ
グラフの作用高さに対応して変化させるだけで低騒音化
された翼型舟体の押上力変動を抑え、トロリ線への押付
け力を一定の範囲内に調整することができ、舟体および
トロリ線の摩耗は最小限にとどめられる。

【００２７】また本発明によれば、簡単な構成で、補助
翼の迎角を、舟体の姿勢を維持しつつ最適な角度に調整
することができる。

【００２８】さらに本発明によれば、一対のポール間に
補助翼が配置されるので、補助翼の長さを充分に大きく
とって舟体の押上力の変化を容易に抑制することができ
る。

【００２９】さらにまた本発明によれば、ポール内にリ
ンク機構が設けられので、外部に露出している部分の形
状が単純化されて空力音などの騒音の発生が一層低減さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態であるπ型パンタグラフ
１０の正面図である。

【図２】π型パンタグラフ１０の左側面図である。

【図３】リンク機構の構成とポール１３についてのモー
メントの釣合いとを説明するための図である。

【図４】本発明に関わるパンタグラフ１０の作用高さと
押上力変化との関係を示すグラフである。

【図５】本発明に関わるパンタグラフ１０の作用高さと
舟体１１および補助翼１４の迎角との関係を示すグラフ
である。

【図６】本発明に関わるパンタグラフ１０の補助翼１４
の迎角とその揚力および抗力との関係を示すグラフであ
る。

【図７】補助翼１４の迎角を制御するためのリンク機構
の概要を示す図である。

【図８】図７のリンク機構のうちで、補助翌１４の迎角
を制御する４角形リンクの構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ パンタグラフ １１ 舟体 １２ 支持装置 １３，１３ａ，１３ｂ ポール １４ 補助翼 １５ ホーン １６ 台枠 １７ 台枠カバー １８ レバー １９ 補助リンク ２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ 軸 ３０ 連結板 ３１ 補助翼リンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 昇 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者 吉野 満治 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低騒音の翼型舟体を備えるパンタグラフ
   の押上力制御方法において、 舟体の下方に補助翼を設け、 補助翼の迎角を、パンタグラフの作用高さに対応して変
   化させることによって、補助翼の揚力を加減し、舟体の
   押上力変化を抑えることを特徴とするパンタグラフの押
   上力制御方法。
2. 【請求項２】 補助翼の迎角の変化を、舟体の姿勢制御
   のためのリンク機構と結合させて行うことを特徴とする
   請求項１記載のパンタグラフの押上力制御方法。
3. 【請求項３】 低騒音の翼型舟体を備えるパンタグラフ
   の押上力制御装置において、 舟体を支える支持装置と、 間隔をあけて支持装置を支える一対のポールと、 一対のポール間に配置される補助翼と、 補助翼の迎角を、パンタグラフの作用高さに対応して変
   化させ、パンタグラフの作用高さによって変わる舟体の
   押上力の変化を抑制するように制御する制御手段とを含
   むことを特徴とするパンタグラフの押上力制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、リンク機構によって、
   補助翼の迎角を制御することを特徴とする請求項３記載
   のパンタグラフの押上力制御装置。