JP4628733B2 - Current collector with movable cover - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の集電装置に係る。 The present invention relates to a current collector for a railway vehicle.
鉄道車両の高速化に伴いその発生騒音は増加し、環境の保全に対する要求は今後ますます高まるものと考えられる。その中で近年の高速車両においては、集電装置は最も低騒音化が求められている部位であり、その集電装置から発生する主たる騒音源である空力騒音や離線によるアーク騒音の低減の要求が高まっている。
このような要求に対して、アーク騒音を低減し、架線の摩耗低減を図ったアクティブ制御集電装置がある。このような集電装置において従来は、異なる周波数で駆動される相対変位部材の相貫部に水密保持機能を有する摺動パッキンを用いた構造が検討されてきた(特許文献1の図14参照)。
In response to such demands, there are active control current collectors that reduce arc noise and reduce wear on overhead wires. Conventionally, in such a current collector, a structure using a sliding packing having a watertight holding function at interpenetrating portions of relative displacement members driven at different frequencies has been studied (see FIG. 14 of Patent Document 1). .
一般に車両はその上方に位置する架線から集電を行う。集電装置は車体上部に設置され、走行する場合に折畳み状態から架線高さ位置まで集電子を突出させる。また架線高さは場所により標準高さに対して上方・下方に変位している。集電装置にはこの架線高さの変位に追従して集電子を上昇下降運動させる駆動機構が設けられている。 Generally, a vehicle collects current from an overhead line located above it. The current collector is Installation on the vehicle body upper portion to project the current collector from the collapsed state when traveling to the overhead wire height. The overhead line height is displaced upward and downward with respect to the standard height depending on the location. The current collector is provided with a drive mechanism that moves the current collector up and down following the displacement of the overhead line.
上述の集電装置において、架線高さの変位への追従性能を向上させるために、異なる周波数で駆動する機構が複数設けられる。またその駆動機構を風雨や粉塵から保護し、さらに駆動機構から発生する空力騒音を低減するため、駆動機構全体をカバーで覆う。このような構造とする場合、従来はカバーと集電子のような異なる周波数で駆動される部材の相貫部を水密構造とするため、水密保持機能を有する摺動パッキン構造が検討されてきた。 In the above-described current collector, a plurality of mechanisms that are driven at different frequencies are provided in order to improve the follow-up performance to the displacement of the overhead wire. Further, the entire drive mechanism is covered with a cover in order to protect the drive mechanism from wind and rain and dust, and to reduce aerodynamic noise generated from the drive mechanism. In the case of such a structure, conventionally, a sliding packing structure having a watertight holding function has been studied in order to make the interpenetrating portions of members driven at different frequencies such as a cover and a current collector have a watertight structure.
この摺動パッキン構造は、集電子とカバー間の環状空隙部に設置され、集電子下部に設けた滑らかな摺動面とカバーに設置したパッキンが接触することで、集電子とカバーが相対変位しても外部の雨水・粉塵等がカバー内部に侵入するのを防止する構造である。 This sliding packing structure is installed in the annular gap between the current collector and the cover, and the current collector and the cover are relatively displaced by the smooth sliding surface provided at the bottom of the current collector and the packing installed on the cover. Even so, the structure prevents outside rainwater, dust, etc. from entering the cover.
しかし、この従来構造では、摺動面の周長の分、パッキンの締付力による摩擦力が働く。また集電子が架線との接触または風圧により力を受けるため、さらにカバーが風圧により力を受けるため、摺動面にかかる摩擦力が増加し、いずれも集電子とカバーの駆動力の負荷を大きくし、その動的な応答性が悪くなる。 However, in this conventional structure, a frictional force due to the tightening force of the packing works for the circumference of the sliding surface. In addition, since the current collector receives a force due to contact with the overhead wire or wind pressure, and the cover receives a force due to the wind pressure, the frictional force applied to the sliding surface increases, both of which increase the load of the current collector and the driving force of the cover. However, the dynamic response becomes worse.
また集電子側の摺動面は上下動ストロークに必要な一様な横断面形状をもつ滑らかな面が必要となり、集電装置を折畳む際には、垂直方向への最大摺動ストローク距離がカバー内部に収納される必要がある。この集電子の下端に固着され、集電子を上下動させる駆動機構が最大変位寸法だけ下降するために必要な空間がカバー内部の他の構造物との間に必要となり、その最大変位寸法だけ集電装置の折畳み時の外形寸法が大きくなる。 The sliding surface on the current collector side must have a smooth surface with a uniform cross-sectional shape required for the vertical movement stroke. When the current collector is folded, the maximum sliding stroke distance in the vertical direction is It needs to be stored inside the cover. A space required for the drive mechanism, which is fixed to the lower end of the current collector and moves the current collector up and down, to move down by the maximum displacement dimension is necessary between other structures inside the cover. The external dimensions of the electric device when folded are increased.
さらに摺動面は滑らかで一様な同一横断面形状とする必要があり、集電子を上方へ変位させると、摺動面が気流にさらされるため、後流にカルマン渦が発生し空力騒音源となる。 In addition, the sliding surface must have a smooth and uniform cross-sectional shape, and if the current collector is displaced upward, the sliding surface is exposed to the airflow, which causes Karman vortices in the wake and aerodynamic noise sources. It becomes.
本発明の目的は、鉄道車両の集電装置において、低駆動力で動的な応答性を確保し、集電装置の折畳み時の外形寸法を小さくし、且つ集電子とカバーの相貫部の空力騒音を低減するような構造をもつ集電装置の可動カバー構造を提供することである。 An object of the present invention is to secure dynamic response with low driving force in a current collector of a railway vehicle, to reduce the outer dimensions when the current collector is folded, and to provide an integrated portion between the current collector and the cover. It is an object of the present invention to provide a movable cover structure for a current collector having a structure that reduces aerodynamic noise.
上記目的を達成するために本発明では、集電装置カバーと集電子が相貫する部位に設置し、複数の環状平板と弾性体とから構成され、環状平板の下面を弾性体により固着連結した構造とする。通常は環状平板が平滑な面を構成するように水平に配置される。カバーに対して集電子が上昇変位する際は、環状平板が上側に凸の階段状に変位する構造で、その階段の上昇面が複数の横向きのV字状環状凹面を形成するようにし、その環状平板の包絡面が楕円錐形に変形する。また集電装置を折畳むためカバーに対し、集電子が下降変位する際は、環状平板はカバーに対して下方に凹の階段状に変位する構造で、その環状平板の包絡面が楕円錐形に変形することが出来る構造の可動カバーとする。 In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, the current collector cover and the current collector are installed at a portion where they pass through each other, and are composed of a plurality of annular flat plates and an elastic body, and the lower surface of the annular flat plate is fixedly connected by the elastic body Structure. Usually, the annular flat plate is arranged horizontally so as to form a smooth surface. When the current collector is lifted and displaced with respect to the cover, the annular flat plate is displaced in a stepped shape projecting upward, and the rising surface of the staircase forms a plurality of lateral V-shaped annular concave surfaces, The envelope surface of the annular flat plate is deformed into an elliptical cone. In addition, when the current collector moves downward relative to the cover in order to fold the current collector, the annular flat plate is displaced downward in a stepped manner with respect to the cover, and the envelope surface of the annular flat plate has an elliptical cone shape. A movable cover having a structure that can be transformed into
以上説明したように、本発明によれば、集電装置カバーと集電子の相貫部において、複数に分割された環状平板と、その下面を弾性体で固着連結した構造の可動カバーの大径側を集電装置カバーに、小径側を集電子に固着する。通常は集電装置カバーの駆動のみにより集電子が架線高さの低周波変位に追従するように制御し、環状平板は水平面を維持する。さらに集電子が上方へ変位する際にはそれぞれの環状平板が階段状に変位し、その階段の上昇面が複数の横向きV字状の環状凹面を形成する構造とすることで、可動カバーが気流に晒されることにより生ずるカルマン渦のスパン方向の相関長さが小さくなり、発生する空力騒音が低減出来る。集電装置を折畳む際は、従来のような集電子にパッキンの摺動面が不要であるため、その分だけ集電装置の折畳み高さ寸法を小さくすることが出来る。 As described above, according to the present invention, the large diameter of the movable cover having the structure in which the annular flat plate divided into a plurality of portions and the lower surface thereof are fixedly connected by the elastic body at the current collecting device cover and the current collecting portion. Secure the side to the current collector cover and the small diameter side to the current collector. Usually, the current collector is controlled only by driving the current collector cover so that the current collector follows the low frequency displacement of the overhead line height, and the annular flat plate maintains the horizontal plane. Further, when the current collector is displaced upward, each annular flat plate is displaced stepwise, and the rising surface of the step forms a plurality of laterally V-shaped annular concave surfaces, so that the movable cover has an air flow. The correlation length in the span direction of the Karman vortex generated by exposure to the air is reduced, and the aerodynamic noise generated can be reduced. When the current collector is folded, the packing sliding surface is not necessary for collecting current as in the conventional case, so that the folding height of the current collector can be reduced accordingly.
以下、本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図1に本発明の一実施例を示す集電装置の側面図を示す。図2に可動カバー5aの平面図を示す。集電装置は車体屋根上に設置されている。集電装置は走行時には架線1に接触して集電を行うために集電子201が上方に突出する。集電子201は舟体2と絶縁碍子3とにより構成されている。架線1には舟体2が接触するが、舟体2の下部は絶縁碍子3により固着支持され、その下部は集電子201を駆動させる駆動機構(図示せず)に接続されている。集電装置は駆動機構を覆うカバー4を有する。カバー4は複数個に分割されており駆動機構(図示せず)により上下方向の伸縮動作を行う。架線1は場所によりその高さが変位しており、その高さの変位に追従するために絶縁碍子3とカバー4は、必要な応答性を持つそれぞれ別の駆動機構により駆動されることにより、相対的に変位する構造となっている。この相対変位する絶縁碍子3とカバー4の相貫部は可動カバー5aで連結されている。
FIG. 1 shows a side view of a current collector showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a plan view of the movable cover 5a. The current collector is installed on the roof of the vehicle body. The
図3に図2のA−A方向から見た可動カバー5aの断面詳細図を示す。複数に分割された同心の円または楕円の環状平板202は101a、101b、101cにより構成され、隣り合う環状平板の下面は弾性体102により固着連結されている。環状平板の内径側101cは絶縁碍子フランジ103と防水パッキン103aを挟んで固着され、外径側101bはカバーフランジ104に防水パッキン104aを挟んで固着されている。環状平板の断面は上下面の角が平面に対して7〜10°以下の角度で面取りされており、先端はR面取りされて皿のような断面形状をしている。また弾性体102の下部に設けた取付穴108には低摩擦力で低摩耗性のブッシュ108aが挿入されておりその中心部の穴に剛性のある支持棒107が貫通している。前記支持棒107は一端を上下方向に回転可能な取付金具105により環状平板101cと連結され、他端は支持棒の回転運動と直線運動が可能な取付金具106により環状平板101bと連結されている。取付金具106は左右方向に回転可能なヒンジ106aと、支持棒107を挟んだ上下位置に回転運動が可能なローラー106bとにより構成されている。
FIG. 3 is a detailed cross-sectional view of the movable cover 5a viewed from the AA direction in FIG. The concentric circular or elliptical annular
図1、3に示すのように、車両が高速走行する本線の架線高さの変動範囲内(新幹線の場合は標準高さ±100mm)での低周波数(0.01Hz程度)の集電子201の上下変位に対しては、主としてカバー4の伸縮作用により応答するように優先制御し、出来るだけ環状平板202の上面を水平状にして、高速走行時の空力騒音の発生を抑制している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図4は低速走行時に架線高さが集電装置の最高作用高さ近くまで上昇した場合を示す。カバー4は最高限度まで伸張しており、そのカバー4の上面に対して絶縁碍子3の下面が垂直方向に最高限度まで上昇すると、カバー4に固着された可動カバー5bの外径側に対して絶縁碍子3に固着された可動カバー5bの内径側が上方に凸の階段状に変位し、その外形包絡面が楕円錐形に変形する。
FIG. 4 shows a case where the overhead line height rises to near the maximum working height of the current collector when traveling at a low speed. The
図5に図4の状態に可動カバー5bが変形した場合の断面詳細図を示す。なお見る方向は図2のA−Aと同じである。符号は図3に準拠する。絶縁碍子フランジ103がカバーフランジ104に対して相対的に上昇変位すると、複数に分割された環状平板202が支持棒107の押上力により階段状にそれぞれ水平に変位する。絶縁碍子フランジ103の変位により段差が生じるが、隣り合う環状平板202の下部を弾性体102により固着連結しているため、段差間に空隙はなく、集電装置内部に雨水等が侵入することはない。その外形包絡面が楕円錐形に変形した可動カバーの階段状の上昇面には環状平板202及び弾性体102よりなる横向きのV字状の環状凹面が配列された構造となる。この構造は絶縁碍子3の笠状絶縁ひだに見られるように、複数の環状凹面を設けることで気流が分断され、それぞれの環状凹面で、創生される渦の渦径を小さくし、且つそれぞれの渦のスパン方向の相関長さが短くなる。そのため、その外形包絡面が楕円錐形状に変形した可動カバー5bから発生する騒音が低減することになる。
FIG. 5 shows a detailed cross-sectional view when the movable cover 5b is deformed in the state of FIG. The viewing direction is the same as AA in FIG. The reference numerals conform to FIG. When the insulator flange 103 is displaced upward relative to the
また高速走行時に受ける風圧等により、環状平板が上昇し弾性体と共に環状凹面を形成するのに必要な弾性体の変形が妨げられたりする。弾性体が過度の外力を受け変形するのを防止する必要がある。絶縁碍子フランジ103が上方に変位し弾性体102が気流に晒された場合も、支持棒107が下方から弾性体を支持し、風圧による弾性体の変形・たわみを小さくし、環状平板を出来るだけ等間隔に保持する。
In addition, due to wind pressure received during high speed traveling, the annular flat plate rises and deformation of the elastic body necessary for forming the annular concave surface together with the elastic body is hindered . It is necessary to prevent the elastic body from being deformed by an excessive external force. Even when the insulator flange 103 is displaced upward and the
支持棒107は図3と同様に弾性体102の取付穴108に設けたブッシュ108aを貫通し、両端を取付金具105、106により連結される。絶縁碍子フランジ103が上方に変位した場合、支持棒107は取付金具105で回転し、取付金具106により支持棒107が回転及び直線方向にスライドすることで、上方に滑らかに変位すると共に、弾性体102の下部を支持し、図5のように変形させる。
As in FIG. 3, the
図6に集電装置を折畳んだ状態の側面図を示す。集電装置を折畳む際、カバー4の内部に絶縁碍子3を沈み込ませ、集電装置折畳み高さを車両限界高さ6より低くしなければならない。可動カバー5cはカバー4に固着された外径側に対して、絶縁碍子3に固着された内径側が下方に階段状に凹面となり、その外形包絡面が楕円錐形となる。
FIG. 6 shows a side view of the current collector folded. When the current collector is folded, the
図7に可動カバー5cの断面詳細図を示す。なお見る方向は図2のA−Aと同じである。符号は図3に準拠する。絶縁碍子フランジ103がカバーフランジ104に対して相対的に下降変位すると、複数に分割された環状平板202が階段状にそれぞれ変位する。隣り合う環状平板202の下部を固着・連結している弾性体102が図7のように変形し、可動カバー5cは下方に階段状に凹面となり、その外形包絡面が楕円錐形に変形するが、カバーフランジ104に対して絶縁碍子フランジ103が下降に要するストローク寸法だけカバー内に収まる空間があればよい。そのため、摺動パッキン構造のように最大ストローク分の駆動機構が下降変位する空間を確保する必要はないので、その差だけ集電装置の折畳み高さ寸法を小さく出来る。
FIG. 7 shows a detailed cross-sectional view of the movable cover 5c. The viewing direction is the same as AA in FIG. The reference numerals conform to FIG. When the insulator flange 103 is displaced downward relative to the
図8に図3の取付金具106における本発明の第2の実施の形態を示す。取付金具106には支持棒107の回転と直線運動が可能となる構造が必要であるが、可動カバー5aが変位する際に取付金具部は低摩擦かつ低摩耗な運動が出来ることが望ましい。そこで図3では取付金具106のように直線運動が可能な構造として回転ローラー106bを用いた。第2の実施例では回転ローラー106bに替わり、回転運動をするヒンジ106aの先端の取付穴109に低摩擦かつ低摩耗性のブッシュ301を挿入し、その中心を支持棒107が貫通する構造として、円滑な直線運動を行えるようにする。
FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention in the mounting
図9に図3の取付金具106に替わる本発明の第3の実施の形態を示す。第3の実施例では環状平板202のうちカバーフランジ104に固着する環状平板101bの下部の先端に回転と直線運動を共に可能とする球面軸受302を設置する。この球面軸受302は支持棒の直線運動を円滑に行うと共に、軸受自体の回転により、さらに上下方向にも支持棒107が回転可能な構造となる。
FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention that replaces the mounting
1 架線
2 舟体
3 絶縁碍子
4 カバー
5a、5b、5c 可動カバー
6 車両限界高さ
101a、101b、101c 環状平板
102 弾性体
103 絶縁碍子フランジ
103a 防水パッキン
104 カバーフランジ
104a 防水パッキン
105 取付金具
106 取付金具
106a ヒンジ
106b ローラー
107 支持棒
108 取付穴
108a ブッシュ
109 取付穴
201 集電子
202 環状平板
301 ブッシュ
302 球面軸受
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