JP4628733B2 - 可動カバー付集電装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の集電装置に係る。

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）。
特願２００１−１３２４６１

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以下、本発明の実施例を説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第１の実施の形態を示す側面図。 本発明の第１の実施の形態を示す平面図。 図２のＡ−Ａ方向から見た本発明の構造を説明する断面詳細図。 図１の集電子を架線最高高さとした時の側面図。 図４の可動カバー５ｂの構造を説明する断面詳細図。 図１の集電装置折畳み時の状態を示す側面図。 図６の可動カバー５ｃの構造を説明する断面詳細図。 図３の照号１０６における本発明の第２の実施の形態を示す図。 図３の照号１０６における本発明の第３の実施の形態を示す図。

符号の説明

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

Claims (5)

1. 架線に接触して集電する舟体と、前記舟体をその上部に固着支持する絶縁碍子により構成される集電子と、前記集電子を駆動して前記架線との接触を保持する駆動機構と、前記駆動機構を覆うカバーとを備えた鉄道車両用集電装置において、相対的に上昇下降変位する集電子とカバーとの相貫部に設置され、複数に分割された環状平板と、前記環状平板の下面を弾性体により固着連結し、通常は環状平板が水平面を構成し、カバーに対して集電子が上下方向に変位した場合に環状平板が階段状に変位する可動カバーを有することを特徴とする可動カバー付集電装置。
2. 請求項１に記載の可動カバー付集電装置において、カバーに対して集電子が上昇変位した場合、複数に分割された前記環状平板の下面に固着された前記弾性体が変形し、前記環状平板はそれぞれ水平に階段状に上昇変位し、前記環状平板間の前記弾性体が横向きＶ字状環状凹面を形成することを特徴とする可動カバー付集電装置。
3. 請求項１、２に記載の可動カバー付集電装置において、前記弾性体下部を支持棒で複数箇所支持案内し、前記支持棒の一端を上下方向に回転可能な取付金具で、他端をヒンジとローラーにより構成され、支持棒の回転運動と直線運動が可能となる取付金具で支持した構造を特徴とする可動カバー付集電装置。
4. 請求項３に記載の可動カバー付集電装置において、前記支持棒の一端を上下方向に回転可能な取付金具で、他端を左右方向に回転可能なヒンジと支持棒が直線運動可能となるブッシュにより構成される取付金具で支持した構造を特徴とする可動カバー付集電装置。
5. 請求項３に記載の可動カバー付集電装置において、前記支持棒の一端を上下方向に回転可能な取付金具で、他端を回転運動と直線運動が可能となる球面軸受により構成される取付金具で支持した構造を特徴とする可動カバー付集電装置。

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