JPH09252502A

JPH09252502A - 集電装置

Info

Publication number: JPH09252502A
Application number: JP6054996A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Makino; 和宏牧野; Toshiaki Makino; 俊昭牧野; Kenji Kobayashi; 健治小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高速走行する電車の集電装置において、双方向
運行での空力騒音を低減し、架線インフラ設備の最大80
0mmの架線高さ変化に対応して、かつ架線不整を吸収
し、集電体に揚力が作用してもすり板を架線に一定力で
接触させ、集電性能を向上させることにある。【解決手段】架線１に接触させて集電するすり板２と、
該すり板２をばね機構で支持する翼型集電体５と、該翼
型集電体５を絶縁用の支持碍子９を介して支持する力シ
リンダ機構１０と、該機構１０を動作させるコントロ−
ラ７０とを有し、該力シリンダ機構１０上に設けた３軸
ロ−ドセル１１から出力する力信号値と、該力信号値を
該力シリンダ機構１０の発生力目標値から差し引いた力
偏差値を小さくするフィ−ドバック力制御と、該発生力
目標値に対して該力信号値を希望の過渡応答特性で応答
させるフィードフォワード制御を同時に行うアクティブ
制御付集電装置で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速鉄道車両の低
騒音集電装置に係わり、特に高速電車に好適な集電装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、新幹線等の高速車輌の走行速度の
向上計画(270km/hから300km/h〜350km/h)に伴い、環境
騒音基準値（目標値75dB）を厳守すべく車外騒音値の大
幅な低減対策が要望されている。高速走行時には、車両
の屋根上に設置された複数個の集電装置から発生する空
力音が車外騒音において支配的であり、従来の防音壁等
による対策では目標値を満足しない傾向にある。そこ
で、集電装置の周囲に遮音カバーを設置し、集電装置付
近の走行風の流速を低下させて発生音自体を低減させる
効果と遮音の効果を持たせている。

【０００３】しかし、遮音カバ−自体から生じる騒音が
無視できなくなり、騒音低減に限界が生じるとして、遮
音カバ−を改良した低騒音化集電装置の提案がなされて
いる。この低騒音化集電装置では、空気圧シリンダを用
いて集電装置を一定力で押し上げて架線に接触させ集電
させている。このような装置として、実開平5-25902号
公報、特開平5-68304号公報、特公平2-50681号公報、日
経メカトロニクス1992.5.4号(p22〜p40)及び、日本機械
学会（No.920-77）講習会教材(1992,p27〜ｐ３４）に記
載されているものがある。また、制御式集電装置とし
て、特開昭５７−８５５０２号、特開昭63-21402号、特
開平3-93402号、実開平5-68304号、実開平5-25902号公
報に開示されているものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記低騒音化集電装置
や制御付集電装置では300km/h以上の速度で走行する場
合での集電体に作用する揚力が大きくなる。この揚力に
より架線に接触したすり板が上方向へ押し上げられ、す
り板と架線の間に作用する接触力を増大させる。この揚
力を小さくする集電体形状と、低騒音化する集電体形状
はトレードオフの関係にある。

【０００５】本発明の目的は、屋根上に設置されたド−
ムから上方向に出る、すり板・翼型集電体・支持碍子に
揚力が作用して接触力が初期値より大きくなる場合にも
対応して、架線とすり板間の接触力変動を許容範囲に収
める接触力制御を行い、走行速度300km/h以上での集電
性能の向上を図る集電装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、架線に接触させて集電するすり板と、該す
り板をばね機構で支持する翼型集電体と、該翼型集電体
を絶縁碍子を介して支持する駆動機構と、該駆動機構を
動作させる制御装置とを配置した集電装置において、前
記駆動機構に設けた力検出器の出力する力信号値と該駆
動機構の発生力目標値の偏差を小さくするフィ−ドバッ
ク制御と、発生力目標値に対して該駆動機構の発生力を
希望の過渡応答特性で追従させるフィードフォワード制
御を同時に達成する２自由度制御器構造を有する集電装
置を備える。

【０００７】更に、本発明では、上記力検出器は上記駆
動機構と絶縁碍子の間に設け、上下方向の力（接触力と
揚力）と、走行方向と平行の前後方向の力（抗力）とを
検出する、少なくとも２軸以上の力検出回路を備える。

【０００８】更に、本発明では、上記フィ−ドバック力
制御は、前記力検出器の力信号値を入力信号として持
ち、上記駆動機構の周波数特性の逆モデル特性と、ロ−
パスフィルタ特性から構成される制御器で実現されるも
のとした。

【０００９】更に、本発明では、前記駆動機構の発生力
目標値は、架線への接触力目標値から翼型集電体に作用
する揚力の推定値を引いた量とした。

【００１０】更に、本発明では、上記揚力推定値は、翼
固有の形状特性と走行速度から求めた推定値、または上
記力検出器で検出した力から求めた推定値とした。

【００１１】更に、本発明では、上記翼型集電装置の架
線接触面は、レ−ル面上より架線の最低高さ4500mmから
最高高さ5300mmまでの800mmを上下動作し、力制御用の
力シリンダ機構と、それを位置決めする位置シリンダ機
構を直列に配置した構造とした。

【００１２】更に、本発明では、上記力検出器は、100k
gf以下の上下力を検出すると共に、100kgf以下の前後力
及び50kgfm以下のピッチングモ−メントを検出するもの
とした。

【００１３】高速車両が高速走行することにより、屋根
上に設置された集電装置のすり板・翼型集電体・支持碍
子・導電ケ−ブルヘッド等は直接走行風にさらされる
が、構造表面で流れがはく離して空力騒音を増大させな
いように、集電装置の表面を平滑な形状とする。しか
し、このようにして形状を決定した翼型集電体には大き
な揚力が作用し、従来のばね・ダンパ支持では架線の押
し上げ量が過大になる。このため、架線とすり板の接触
力を規定範囲内に収める機能をもつ接触力制御機構が必
要である。

【００１４】すり板部では、架線とすり板とが直接接触
して集電するために、すり板を板ばね機構で支持し滑ら
かに上下動作するように、すり板と板ばね機構による固
有振動数を10〜20Hzに設定し、架線のハンガ間隔と走行
速度に基因する加振周波数に対応して良好な架線追随を
可能とした。

【００１５】翼型集電体と支持碍子は、前後対称な形状
に構成し、揚力特性や抗力特性を走行方向に依らず同一
とした。

【００１６】駆動機構部では、位置シリンダに取り付け
たシリンダ変位検出器の検出量と、走行地点ごとに予め
決められた架線高さ目標値を用いて、車体屋根上に配置
した２本のシリンダ駆動機構を700mm同時動作させるこ
とにより、すり板を架線に接触するように位置決め動作
させている。

【００１７】また、絶縁用の支持碍子と力シリンダ機構
間に取り付けた３軸ロ−ドセルによる上下力の検出量と
駆動機構の発生力目標値の偏差を小さくして、架線不整
と揚力発生による接触力変動を抑圧するフィ−ドバック
制御と、３軸ロ−ドセルで検出した前後力あるいはピッ
チングモーメントから求めた揚力推定値を接触力目標値
から差し引いた発生力目標値に対して、該駆動機構の発
生力を希望の過渡応答特性で追従させるフィードフォワ
ード制御とを同時に行う２自由度制御により力シリンダ
を駆動し、架線とすり板間の接触力制御を実施してい
る。

【００１８】これらにより、架線外乱や翼型集電体の受
ける揚力にかかわらず、接触力と架線押し上げ量を規定
範囲内に収める機能を実現する。

【００１９】以上より、高速車両の屋根上に搭載された
複数個のアクテイブ制御付集電装置では、ド−ム上に配
置された翼型集電体、支持碍子、導電ケ−ブルヘッド等
から生じる空力騒音の低減を図ると共に、800mmの架線
高さ変化に対応した位置決め制御と、架線不整及び揚力
に起因する接触力変動を抑圧する接触力制御を同時に実
施し、集電性能を向上させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本実施例を図面を用いて説
明する。図１、図２及び図３は、車体屋根上方向から見
た集電装置の斜視図、平面図及び側面図で、架線１、す
り板２、ド−ム３、翼型集電体５、力シリンダ機構１
０、位置シリンダ機構２０等の配置構成を示している。

【００２１】この構成では、架線１に対して接触しゅう
動し、架線１から電流を集電するすり板２と、(すり板
支持部の内部構造を図示していないが)このすり板を２
つの板ばね機構を介して２点支持するすり板支持機構
と、アルミ材からなる前後及び左右方向が対称で、かつ
薄型軽量の翼型集電体５と、その翼型集電体５を支持す
ると共に、架線・すり板と車体を電気絶縁する多数笠か
らなる軽量な支持碍子９と、その支持碍子９を支持して
架線１にすり板２が接触追随して集電するために必要な
接触力を制御する力シリンダ機構１０と、その力シリン
ダ機構１０を適当な高さに位置決めする位置シリンダ機
構２０と、架線からの電力をすり板２、翼型集電体５等
を介して流すため、翼型集電体５の下方向に設けられた
可撓導電部材８と、その可撓導電部材８と接続し、すり
板２からの大電流を流し周囲と絶縁を図る導電ケ−ブル
ヘッド７と、その導電ケ−ブルヘッド７からの電流を
(図示していないが)車体へ供給する高圧ケ−ブルとから
なっている。

【００２２】翼型集電体５は、図示したように前後対称
形状で幅1600mm、長さ300mm、高さ120mmの寸法を有し、
幅600mm、長さ80mmの平行型のすり板２を搭載してい
る。

【００２３】導電ケ−ブルヘッド７は、支持碍子９の後
方にできる渦流れの影響をうけないように、支持碍子９
の真後ろからはずらして配置されている。

【００２４】ド−ム３より上部に出るものは、すり板
２、翼型集電体５、支持碍子９、可撓導電部材８、導電
ケ−ブルヘッド７、駆動部カバ−６であり、できる限り
表面を平滑にして表面の圧力変動を小さくして、これら
から発生する騒音を小さくするようにしている。さら
に、絶縁距離（約300mm）を確保しつつ低騒音化を図る
ために、駆動部カバ−６の入るド−ム３の楕円形の穴を
長径500mm、短径250mmと極力小さくした。

【００２５】また、翼型集電体５に可撓導電部材８の一
端を取付けるが、取付け部を回転支持することにより、
接触集電時の力シリンダの作動に対する悪影響を小さく
する。

【００２６】力シリンダ機構１０は、駆動部カバ−６の
中に配置されており、ド−ム３上に取り付けるための機
構固定座３０（機構固定板３１、取付け横棒３２、取付
けリング材３３、屋根取付け座３４）と、油圧制御を実
施する力シリンダ機構１０の可動筒体１４と固定筒体１
５と、該可動筒体１４を油圧動作させる油圧サ−ボ弁１
６とから構成されている。

【００２７】また、位置シリンダ機構２０は、力シリン
ダ機構１０を前後二本のピストンロッド２１で固定部材
１７を介して吊り固定し、架線１の高さ変化に対して上
下方向に位置決めするピストンロッド２１、ピストンヘ
ッド２２、シリンダ変位計２３からなっている。

【００２８】図４及び図５は、力シリンダ機構の拡大断
面図（側面図）及び、油圧源５０を含む油圧回路全体図
である。力シリンダ機構１０は、多重筒からなる固定筒
体１５と、その中を上下に動くピストン１８と、そのピ
ストン１８とボルト締結した固定台１３及び可動筒体１
４と、ピストン１８を上下動作させる作動油の流量と向
きを調整する油圧サ−ボ弁１６と、固定台１３上に取り
付けられる３軸ロ−ドセル（図示した上下方向の力と前
後方向の力とピッチングモーメントを検出する）と、ピ
ストン１８の位置を検出するシリンダ変位計２９から構
成されている。

【００２９】また、力シリンダ機構１０及び位置シリン
ダ機構２０の油圧駆動回路４０は、ピストン１８のロッ
ド側とヘッド側とを結ぶブリ−ド弁４１と圧力計４２、
力用電磁チェック弁４３、油圧サ−ボ弁１６、位置用電
磁チェック弁４８、比例弁４７から構成されている。他
に、コントロ−ラ７０に接続される変位アンプ４４、動
歪アンプ４５、サ−ボ弁駆動パワーアンプ４６、電磁弁
駆動パワーアンプ４９及び油圧源５０から構成されてい
る。油圧源５０は、作動油タンク５８を始め油温センサ
５９、駆動モ−タ５７、油圧ポンプ５６、ク−ラ５５、
逆止弁５３、リリ−フ弁５４、フィルタ５２、チェック
弁５１から構成され、油圧駆動回路４０に圧油を供給し
ている。

【００３０】図６に力シリンダ機構の２自由度制御系の
構成をブロック線図で示す。

【００３１】この制御系は、制御性能向上の目的で、差
圧力制御系８０の外側にこれと同様の構造をもつFz制御
系９０を構成した。

【００３２】差圧力制御系８０は、差圧力応答モデルPp
r８３、制御入力ufから差圧力観測値Fpまでの系Gs６５
のノミナルモデルPpnの逆モデルPpn^(-1)(＝1/Ppn)８
１、ローパスフィルタTp８２で構成される。(ここで、^
は累乗を示す記号で、a^bはaのb乗を表す。以下、同じ)
Fz制御系９０は、Fz応答モデルPzr９３、差圧力指令値F
prからFz観測値Fzまでの系のノミナルモデルPznの逆モ
デル1/Pzn９１、ローパスフィルタTz９２で構成され
る。図中のGp６０は差圧力Fpを入力としロードセル検出
力Fzを出力とする架線・パンタグラフ系である。

【００３３】図７と図８に３軸ロ−ドセルの形状・構成
と検出回路図を示す。図７では、ロ−ドセル１１の中心
を示す一点鎖線の左側が中心断面形状であり、右側が外
側形状である。中央上部の凹みに支持碍子９を嵌合させ
て締結し、下部を力シリンダ機構１０の固定台１３と結
合している。

【００３４】図８は図７の上面図であり、上下力Fz、前
後力Fx、ピッチングモ−メントMxの３つの信号の検出回
路構成と、揚力推定値fq1*とfq2*の信号変換回路の構成
を示す。ロ−ドセル１１に生じた歪みを動歪アンプ１０
１、１０２、１０３で電圧に変換した後、制御盤１０４
内の揚力推定器１０５で前後力Fxまたはピッチングモ−
メントMxの信号を用いて揚力推定値をそれぞれ算出す
る。また、ロ−ドセルの最大検出値は、上下力は100kg
f、前後力は100kgf、ピッチングモ−メントは50kgfmと
した。

【００３５】制御系の動作を説明する。本発明の制御対
象は油圧系と架線系にパラメータ変動とモデル化誤差が
存在し、さらにシリンダには摩擦力が発生し、パンタグ
ラフには揚力と架線外乱が加わる。これらを効果的に抑
圧して十分な制御性能を得るために、本発明の制御系の
構造は、油圧系の非定常性・非線形性の補償を担う差圧
力制御系と、シリンダの摩擦力や架線外乱等を抑圧して
接触力を制御する接触力制御系の階層構造をもつものと
する。

【００３６】一方、本発明の制御系では、外乱を抑圧し
制御系を安定化するフィードバック性能と、目標値に対
して制御量を希望する過渡応答特性で追従させるフィー
ドフォワード性能が要求される。本発明では、フィード
バック性能とフィードフォワード性能が相互に依存せ
ず、それぞれに高度な性能を追求可能である２自由度制
御系を採用する。これを差圧力制御系と接触力制御系の
それぞれに適用する。２自由度制御系の実現構成は、外
乱オブザーバと目標値フィルタによるものにした。

【００３７】差圧力制御系８０から説明する。まず、シ
リンダ室内圧を圧力センサで検出し、以下のように、こ
れらにそれぞれのシリンダ室の受圧面積を掛けて差圧力
観測値Fpを求める。

【００３８】Fp＝Ahｘph−Arｘpr Ah:ヘッド側受圧面積 Ar:ロッド側受圧面積 ph:ヘッド側内圧 pr:ロッド側内圧シリンダから外部に取り出されるシリンダの発生力は、
この油圧力にシリンダ内の摩擦力や、接触対象からの反
力の影響を受けたものになる。

【００３９】この差圧力観測値Fpをノミナル逆モデル８
１へ入力し、前出力タイミングで出力された制御入力値
ufを引いて制御入力量相当の推定外乱dp'を求める。

【００４０】ここで、ノミナルモデルPpnは、実測の周
波数特性の近似から Ppn＝kpn/(1＋Tpnｓ) kpn:ノミナルモデルの直流ゲイン Tpn:ノミナルモデルの時定数ｓ :ラプラス演算子とした。推定外乱dp'には、ノミナルモデルPpnに記述し
ていない特性であるモデル化誤差すなわち片ロッドシリ
ンダを含む油圧回路の非対称性・非線形性やパラメータ
変動分、圧力センサのノイズ、上部のパンタ系からの反
力に起因する成分等が含まれる。

【００４１】この推定外乱dp'をローパスフィルタ８２
に入力し、制御入力ufに戻すと制御系を不安定にする高
周波数成分を減衰させて、推定外乱dpを求める。

【００４２】そして、次回差圧力目標値Fpr'値から推定
外乱dpを引いて次回制御入力とすることで、系に加わる
外乱を抑圧する。

【００４３】フィードバック性能は以上の構成で実現さ
れるが、制御系の安定性の確保のためにはTp/Ppnが安定
プロパであることが必要であり、定常偏差をゼロにする
ためにはローパスフィルタの直流ゲインが１であること
が必要である。ローパスフィルタの周波数特性は、調整
パタメータをカットオフ周波数のみにして設計を容易に
するために Tp＝1/(1＋Tppｓ)^2 Tpp＝1/(2πfcp):Tpの時定数ｓ :ラプラス演算子 fcp:カットオフ周波数[Hz] (^は累乗を示す記号でa^bはaのb乗を表す)とした。しか
し、上記の制約を満たせば特に制限されるものではな
い。ローパスフィルタのカットオフ周波数fcpは、実験
により、制御系の安定性と制御性能のトレードオフから
決定する。

【００４４】その結果、圧力センサのノイズの影響を抑
えつつ、片ロッドシリンダと油圧回路の非対称性・非線
形性や、上部のパンタ系からの反力等を補償できる。す
なわち、信頼性を確保しつつ、差圧力制御系を安定化・
高性能化できる。

【００４５】このフィードバック制御が理想的に機能し
た場合、差圧力目標値Fpr’から差圧力観測値Fpへの応
答特性はノミナルモデルPpn相当に固定される。そこ
で、差圧力目標値Fpr’はPpr/Ppnを通過して得られたも
のとし、Ppr/Ppnの入力信号Fprを新たに差圧力目標値と
して、FprからFpまでの周波数特性を応答モデルPprと一
致させるようにする。すなわち、後述のFz制御系から
は、差圧力制御系の周波数特性はPprに固定されている
ように見える。ただし、Pprは、Ppr/Ppnが安定プロパで
あり、直流ゲインが１となるように選ぶ。例えば、ここ
では、 Ppr＝1/(1＋Tprｓ) とした。

【００４６】以上により、フィードバック性能の設計と
は独立に差圧力目標値応答特性を追求することができ
る。

【００４７】次に、上記の差圧力制御系を内部に包含す
るFz制御系の動作を説明する。パンタ接触力制御の本来
の目的は、架線とすり板の接触力を、入力される外乱に
かかわらず、ある許容される変動幅の中に収めることで
ある。しかし、直接の制御量である接触力は、架線電位
が高いために一般に観測不可能である。そこで、制御帯
域である2Hz以下の周波数域では接触力fと本発明におけ
るロードセル検出力Fzがほぼ等しいことを利用し、ロー
ドセル検出力Fzをその目標値Fzrに追従させることで間
接的に接触力を制御することを考える。目標値Fzrは後
述の揚力を考慮した目標値設定の影響で変動値となるこ
と、シリンダ摩擦力や架線外乱にかかわらず定常偏差を
小さくしたいことから、差圧力制御系と同様の構成の２
自由度制御系を、差圧力制御系の外側に構成する。

【００４８】まず、ロードセルにかかる上下方向の力Fz
を検出する。このロードセル検出力Fzをノミナル逆モデ
ル９１へ入力し、前回計算されたFpr''を引いて差圧力
目標値Fpr''相当の推定外乱dz'を求める。ここで、ノミ
ナルモデルPznは、実測の周波数特性の近似から Pzn＝kzn/(1＋Tznｓ) kzn:ノミナルモデルの直流ゲイン Tzn:ノミナルモデルの時定数ｓ :ラプラス演算子とした。

【００４９】推定外乱dz'には、ノミナルモデルPznに記
述していない特性、すなわちパラメータ変動分やシリン
ダの摩擦、上部のパンタ系・車体からの外乱力、ロード
セル検出信号に混入するノイズ等が含まれる。

【００５０】この推定外乱dz'をローパスフィルタTz９
２に入力し、差圧力目標値Fprに戻すと制御系を不安定
にする高周波数成分を減衰させて、推定外乱dzを求め
る。

【００５１】そして、次回差圧力目標値Fzr'値から推定
外乱dzを引いて次回差圧力目標値とすることで、Fz制御
系に加わる外乱・パラメータ変動を抑圧する。

【００５２】差圧力制御系と同様に、制御系の安定性の
確保のためにはTz/Pznが安定プロパであることが必要で
あり、定常偏差をゼロにするためにはローパスフィルタ
Tzの直流ゲインが１であることが必要である。ローパス
フィルタの周波数特性は、調整パタメータをカットオフ
周波数のみにして設計を容易にするために Tz＝1/(1＋Tzzｓ)^3 Tzz＝1/(2πfcz) ｓ :ラプラス演算子 fcz:カットオフ周波数[Hz] とした。しかし、上記の制約を満たせば特にそのクラス
が制限されるものではない。ローパスフィルタのカット
オフ周波数fczは、実験により、制御系の安定性と制御
性能のトレードオフから決定する。

【００５３】このフィードバック制御が理想的に機能し
た場合、差圧力制御系の外側に入力されるシリンダの摩
擦力や架線外乱や車体外乱を抑圧され、ロードセル検出
力目標値Fzr’からロードセル検出力Fzへの応答特性は
ノミナルモデルPzn相当に固定される。そこで、差圧力
目標値Fzr’はPzr/Pznを通過して得られたものとし、Pz
r/Pznの入力信号Fzrを新たに差圧力目標値として、Fzr
からFzまでの周波数特性を応答モデルPzrと一致させ
る。ただし、Pzrは、Pzr/Pznが安定プロパとなるように
選ぶ。例えば、ここでは、 Pzr＝1/(1＋Tzrｓ) とした。

【００５４】以上により、フィードバック性能の設計と
は独立に、目標値応答特性を向上させることができる。
すなわち、制御系の安定性や架線外乱抑圧性能等を損な
わず、希望の過渡応答特性を設計し、実現できる。

【００５５】次に、ロードセル検出力目標値Fzrの設定
機能を説明する。翼型集電体に作用する揚力fqと架線と
すり板の接触力fは、絶縁碍子の下のロードセルでは、
それぞれが分離されて観測されない。すなわち Fz＝ f−ｆｑであり、もし集電体に揚力が発生していれば、Ｆｚを接
触力目標値frに偏差なく制御しても実際の接触力fは次
式のように揚力分fqだけ大きくなる。

【００５６】f ＝ Fz(=fr) + fq 揚力をFz観測値のみから演算により分離することは困難
であるので、揚力の存在下での接触力制御の実現には、
Fz値以外からの実揚力fの推定と、この推定値(fq*)を考
慮した発生力目標値Fzrの設定が必須となる。

【００５７】まず、発生力目標値Fzrの設定は、上式よ
り Fzr＝ fr−(fq*) とする。

【００５８】続いて揚力推定機能を説明する。第一の推
定方法は、走行風の流速vが走行速度v'と等しいことを
仮定して、予め実験により求めた流速vと揚力fqの関係
を用いるものである。すなわち、ある翼形状の集電体に
ついて fq＝αｘv^2 なる特性を実験により求めておき、走行速度v'より (fq*)＝αｘv'^2 と推定する。

【００５９】第二の推定方法は、集電体に作用する抗力
fdと揚力fqの関係が既知であると仮定して、抗力fxから
揚力fqを推定するものである。走行速度v'と走行風の流
速vが一致しない場合、特に、トンネル内走行や対向す
れ違い時にも有効な推定方法である。すなわち、 fq＝αｘv^2 fx＝βｘv^2 なる特性を実験により求めておき、 (fq*)＝α／βｘｆｘと推定する。

【００６０】第三の推定方法は、集電体に作用するピッ
チングモーメントＭｘと揚力fqの関係が既知であると仮
定して、ピッチングモーメントＭｘから揚力fqを推定す
るものである。第二の推定方法と同様に走行速度v'と走
行風の流速vが一致しない場合にも有効な推定方法であ
る。すなわち、 fq＝αｘv^2 Mx＝βｘv^2 なる特性を実験により求めておき、 (fq*)＝α／βｘMx と推定する。

【００６１】図６に示す信号mgは、力シリンダより上部
の重量分相当の差圧力値であり、図９、図１０は、図６
の２自由度制御系の周波数特性と、走行実験での時間波
形である。図９は、発生力目標値Fzrに対する接触力ｆ
の周波数特性を示す。

【００６２】図１０は、２自由度制御を施したアクティ
ブ制御付集電装置を走行台車に乗せて走行させ、架線と
すり板を接触させて翼型集電体に実揚力が加わった場合
の制御効果を示す時間波形である。実線Ａは、揚力推定
値を常にゼロとした場合、鎖線Ｂは揚力推定値を使用し
た場合の、発生力目標値Fzrと力シリンダ１１のストロ
−クz2の時間波形である。

【００６３】本発明により、屋根上に設置されたド−ム
から上に出るアクティブ制御付集電装置のすり板、翼型
集電体、支持碍子、導電ケ−ブルヘッド等から発生する
空力騒音を低減すると共に、翼型集電体に作用する揚力
と、架線とすり板間に生じる接触力変動を範囲内に抑制
することができるので、300km/h以上での集電性能の向
上させることができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、双方向運行での空力騒
音を低減でき、架線高さ変化に対応し、架線不整や翼型
集電体に作用する揚力等の外乱影響下ですり板と架線の
接触力変動を規定範囲内に抑制し、集電性能を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すアクティブ制御付集電
装置の斜視図である。

【図２】本発明の一実施例を示すアクティブ制御付集電
装置の平面図である。

【図３】本発明の一実施例を示すアクティブ制御付集電
装置の側面図である。

【図４】本発明の一実施例に用いている力シリンダ機構
の拡大断面図である。

【図５】本発明の一実施例に用いている油圧駆動回路図
である。

【図６】本発明の一実施例に用いている力シリンダ機構
の制御ブロック線図である

【図７】本発明の他の実施例に用いている３軸ロ−ドセ
ルの側面図である。

【図８】本発明の他の実施例に用いている３軸ロ−ドセ
ルの検出回路図である。

【図９】本発明の一実施例に用いている力シリンダ機構
の周波数特性図である。

【図１０】本発明の一実施例に用いている力シリンダ機
構の制御効果図である。

【符号の説明】

１……架線、２……すり板、３……ド−ム、５……翼型
集電体、７……導電ケ−ブルヘッド、９……支持碍子、
１０……力シリンダ機構、１１……３軸ロ−ドセル、１
２……シリンダ変位計、１６……油圧サ−ボ弁、２０…
…位置シリンダ機構、３０……機構固定座、４０……油
圧駆動回路、４２……圧力センサ、４４……変位アン
プ、４５……動歪アンプ、４６……サ−ボ弁アンプ、５
０……油圧源、７０……コントロ−ラ、８０……差圧力
ル−プ回路、９０……力フィ−ドバック回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】架線に接触させて集電するすり板と、該す
り板をばね機構で支持する翼型集電体と、該翼型集電体
を絶縁碍子を介して支持する駆動機構と、該駆動機構を
動作させる制御装置とを配置した集電装置において、前
記駆動機構に力検出器を設け、該駆動機構の発生力目標
値と該力検出器の出力信号の偏差を小さくするフィ−ド
バック制御と、発生力目標値に対して該駆動機構の発生
力を希望の過渡応答特性で追従させるフィードフォワー
ド制御を同時に達成する２自由度制御器構造を有するこ
とを特徴とする集電装置。
【請求項２】請求項１において、前記力検出器は、前記
駆動機構と絶縁碍子の間に設けられ、上下方向の力と、
走行方向と平行の前後方向の力とを検出する、少なくと
も２軸以上の力検出回路からなることを特徴とする集電
装置。
【請求項３】請求項１において、前記フィ−ドバック力
制御は、前記力検出器の力信号値を入力信号とし、前記
駆動機構の周波数特性の逆モデル特性とロ−パスフィル
タ特性から構成される制御器で実現されることを特徴と
する集電装置。
【請求項４】請求項１において、前記駆動機構の発生力
目標値は、架線への接触力目標値から翼型集電体に作用
する揚力の推定値を引いた量とすることを特徴とする集
電装置。
【請求項５】請求項４において、前記揚力推定値は、翼
固有の形状特性と走行速度から求めた推定値、または前
記力検出器で検出した前後方向の力から求めた推定値で
あることを特徴とする集電装置。
【請求項６】請求項１おいて、前記駆動機構は、力制御
を分担させる力シリンダ機構と、力シリンダ機構の上下
方向の位置決めを分担させる位置シリンダ機構を直列に
配置した構造をもち、前記翼型集電装置の架線接触面を
レ−ル面上より架線の最低高さ4500mmから同最高高さ53
00mmまでの800mm間で上下動作させることを特徴とする
集電装置。
【請求項７】請求項１において、前記力検出器は、100k
gf以下の上下力を検出すると共に、100kgf以下の前後力
及び50kgfm以下のピッチングモ−メントを検出すること
を特徴とする集電装置。