(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する方法であって；
パンタグラフの舟体の慣性力を該舟体の弾性変形を考慮した上で求め、
別途求めた該舟体にかかっている力から該慣性力を差し引きすることにより、上記接触力を求めることを特徴とするパンタグラフの接触力測定方法。
【請求項２】
トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する方法であって；
パンタグラフの舟体の慣性力を該舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面間の弾性変形を考慮した上で求め、
別途求めた上記２ヶ所の縦断面の剪断力から上記慣性力を差し引きすることにより、上記接触力を求めることを特徴とするパンタグラフの接触力測定方法。
【請求項３】
トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する方法であって；
上記パンタグラフの舟体にｎ（ｎ≧２）個の加速度計を取り付け、該加速度計により舟体のｎ次の振動モードを把握した上で該舟体の慣性力を求め、
別途求めた該舟体にかかっている力から該慣性力を差し引きすることにより、上記接触力を求めることを特徴とするパンタグラフの接触力測定方法。
【請求項４】
トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する装置であって；
上記パンタグラフの舟体に設けられたｎ（ｎ≧２）個の加速度計と、
該加速度計の検出値から上記舟体のｎ次の振動モードを把握した上で、該舟体にかかる慣性力を推定する慣性力推定手段と、
上記舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面の歪みを検出する歪み検出手段と、
該歪み検出手段の検出値から該縦断面の剪断力を算出する剪断力算出手段と、
該剪断力算出手段の算出値から上記慣性力推定手段の推定値を差し引きすることにより、上記接触力を算出する接触力算出手段と、
を備えることを特徴とするパンタグラフの接触力測定装置。
【請求項５】
トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する装置であって；
上記パンタグラフの舟体に設けられたｎ（ｎ≧２）個の加速度計と、
該加速度計の検出値から上記舟体のｎ次の振動モードを把握した上で、該舟体にかかる慣性力を推定する慣性力推定手段と、
上記舟体底部を上方に付勢する復元ばねと、
該復元ばねの振動に伴う上記舟体の変位を計測するレーザ変位計と、
該レーザ変位計の計測値と上記復元ばねのばね定数とを掛けることにより復元ばね荷重を算出する荷重算出手段と、
該荷重算出手段の算出値から上記慣性力推定手段の推定値を差し引きすることにより、上記接触力を算出する接触力算出手段と、
を備えることを特徴とするパンタグラフの接触力測定装置。
【請求項６】
トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する装置であって；
上記パンタグラフの舟体に設けられたｎ（ｎ≧２）個の加速度計と、
該加速度計の検出値から上記舟体のｎ次の振動モードを把握した上で、該舟体にかかる慣性力を推定する慣性力推定手段と、
上記舟体底部を上方に付勢する復元ばねと、
該復元ばねと上記舟体底部間に設けられた、該舟体にかかっている力を検出するロードセルと、
該ロードセルにより検出された検出値から上記慣性力推定手段の推定値を差し引きすることにより、上記接触力を算出する接触力算出手段と、
を備えることを特徴とするパンタグラフの接触力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気鉄道におけるトロリ線とパンタグラフとの間に作用する接触力を測定する方法及び装置に関する。特には、高い周波数成分を含む接触力変動現象に対応した誤差の少ない接触力測定が可能なパンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
現状の営業用の電気鉄道においては、トロリ線からパンタグラフを介して電力を車体に送る方式が一般的である。このトロリ線とパンタグラフの舟体との接触力は、トロリ線の高さ変動や振動、あるいは車両やパンタグラフの振動等によって変動する。この接触力の変動が大きすぎると、パンタグラフの舟体がトロリ線から離れることがある（これを離線という）。この離線が頻発すると、両者の間にスパークが生じて、摺り板の損傷が促進され、問題となる。また、離線に至らない場合でも、パンタグラフの接触力は極力変動の小さい方がよい。
【０００３】
そこで、電車の走行中のトロリ線とパンタグラフとの接触力を測定し、得られた測定結果を離線の抑制対策の参考としたいとの要請がある。あるいは、将来的には、接触力をアクティブにリアルタイムでコントロールすることも考えられている。
【０００４】
このようなパンタグラフの接触力測定技術としては、以下が公知である。
（１）特開平７−２９１００１号公報には、舟体支持ばねの伸縮量を測定し、この量から同バネの押圧力を計算して接触力を求める方法が開示されている。舟体支持ばねの伸縮量は、舟体と舟体支持パイプの間の寸法を渦電流式や光学式の距離センサを用いて測定する。
ところが、この方法では、舟体（摺り板を含む）の慣性力が無視されることとなり、接触力の測定誤差が生じる。
【０００５】
（２）日本機会学会第７４期通常総会講演会講演論文集Ｎｏ．９７−１、（Ｉ）、２１４９、ｐ．６９９〜７００には、舟体と摺り板との間にロードセルを設けるとともに、摺り板に加速度計を取り付けたパンタグラフ接触力測定装置が開示されている。この装置においては、ロードセルで測定した力を、摺り板の等価質量に加速度を掛けた慣性力で補正する。したがって、比較的正確な接触力が求められる。
ところが、この装置においては、パンタグラフは非通電であり、ロードセル組み込みという特殊な加工を施したものであるため、通常の営業列車に応用できるものではない。
【０００６】
（３）日本機会学会第５回交通・物流部門大会講演論文集Ｎｏ．９６−５１、１１１５、ｐ．１２７〜１３０には、舟体の歪みならびに加速度を測定する方法が開示されている。この方法では、舟体にかかっている力（慣性力を除く静的な力）を舟体の歪みから計算する。そして、この力を舟体の等価質量に加速度を掛けた慣性力で補正する。この場合も、比較的正確な接触力が求められる。
ところが、この方法では、舟体が単なる質点として振動するのではなく、梁として振動するため、等価質量の同定が難しい。また、舟体の固有振動数（例えば１００Ｈｚ、２００Ｈｚ付近）近傍においては、接触力の測定誤差が著しい。
【０００７】
上述したように、従来の接触力測定技術はそれぞれ欠点を有している。さらに、これらの上記（１）〜（３）では、慣性力を求める際に舟体の弾性変形やローリングを考慮していないため、測定可能な周波数範囲が約４０Ｈｚ程度までに限られている。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高い周波数成分を含む接触力変動現象に対応した誤差の少ない接触力測定が可能なパンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第１態様のパンタグラフの接触力測定方法は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する方法であって；  パンタグラフの舟体の慣性力を該舟体の弾性変形を考慮した上で求め、  別途求めた該舟体にかかっている力から該慣性力を差し引きすることにより、上記接触力を求めることを特徴とする。
舟体の弾性変形を考慮して慣性力を求めることにより、接触力測定範囲を増やすことができる。さらに、高い振動周波数に対しても誤差の少ない接触力測定が可能となる。
【０００９】
本発明の第２態様のパンタグラフの接触力測定方法は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する方法であって；
パンタグラフの舟体の慣性力を該舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面間の弾性変形を考慮した上で求め、  別途求めた上記２ヶ所の縦断面の剪断力から上記慣性力を差し引きすることにより、上記接触力を求めることを特徴とする。
トロリ線には舟体の摺り板が接触する。パンタグラフの接触力を測定するためには、この摺り板を含む２ヶ所の縦断面の剪断力と、これらの断面間における舟体の慣性力がわかればよい。すなわち、２ヶ所の縦断面の剪断力の和（但し、両剪断力の符号は互いに逆にとるため、実際には差となる）から、慣性力を差し引きすることにより、接触力を求めることができる。
【００１０】
本発明の第３態様のパンタグラフの接触力測定方法は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する方法であって；
上記パンタグラフの舟体にｎ（ｎ≧２）個の加速度計を取り付け、該加速度計により舟体のｎ次の振動モードを把握した上で該舟体の慣性力を求め、  別途求めた該舟体にかかっている力から該慣性力を差し引きすることにより、上記接触力を求めることを特徴とする。
【００１１】
慣性力は、舟体の長手方向にわたり大きさが変化する分布力である。従来は、舟体中央に取り付けた１個の加速度計により慣性力を求めていた。このため、振動周波数が約６０Ｈｚ以上においては、接触力の測定誤差が大きかった。本態様では、ｎ（ｎ≧２）個の加速度計により、舟体のｎ次の振動モードを把握した上で慣性力を求めることにより、高い周波数に対しても誤差の少ない接触力測定を実現することができる。
例えば、舟体のローリングモード（振動周波数１２Ｈｚ程度）を把握するには、最低２個の加速度計を用いるようにする。一方、曲げ１次モード（振動周波数８０Ｈｚ程度）を把握するには、最低３個の加速度計が必要である。
【００１２】
本発明の第１態様のパンタグラフの接触力測定装置は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する装置であって；
上記パンタグラフの舟体に設けられたｎ（ｎ≧２）個の加速度計と、  該加速度計の検出値から上記舟体のｎ次の振動モードを把握した上で、該舟体にかかる慣性力を推定する慣性力推定手段と、  上記舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面の歪みを検出する歪み検出手段と、  該歪み検出手段の検出値から該縦断面の剪断力を算出する剪断力算出手段と、  該剪断力算出手段の算出値から上記慣性力推定手段の推定値を差し引きすることにより、上記接触力を算出する接触力算出手段と、  を備えることを特徴とする。
ｎ（ｎ≧２）個の加速度計を設けることで、舟体のｎ次の振動モードに対応した慣性力を正確に求めることができる。これにより、高い周波数に対しても誤差の少ない接触力測定が可能になる。
【００１３】
本発明のパンタグラフの接触力測定装置においては、上記舟体の底部から垂下するロッドと、  該ロッドの外周に配置された舟支えと、  該舟支えを支持する枠組と、  上記舟体底部を上方に付勢する復元ばねと、  を備え、  上記ロッドと舟支え間にリニアベアリングが介装されていることが好ましい。
従来の一般的なパンタグラフでは、復元ばねが空気抵抗により固渋することがあった。復元ばねが固渋すると、定置時と走行時とで動特性が変化し、慣性力を求める際に誤差が多く含まれる。本発明では、ロッドと舟支え間に介装されたリニアベアリングにより、復元ばねの固渋が解消される。
【００１４】
本発明の第２態様のパンタグラフの接触力測定装置は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する装置であって；
上記パンタグラフの舟体に設けられたｎ（ｎ≧２）個の加速度計と、  該加速度計の検出値から上記舟体のｎ次の振動モードを把握した上で、該舟体にかかる慣性力を推定する慣性力推定手段と、  上記舟体底部を上方に付勢する復元ばねと、  該復元ばねの振動に伴う上記舟体の変位を計測するレーザ変位計と、  該レーザ変位計の計測値と上記復元ばねのばね定数とを掛けることにより復元ばね荷重を算出する荷重算出手段と、  該荷重算出手段の算出値から上記慣性力推定手段の推定値を差し引きすることにより、上記接触力を算出する接触力算出手段と、  を備えることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の第３態様のパンタグラフの接触力測定装置は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する装置であって；  上記パンタグラフの舟体に設けられたｎ（ｎ≧２）個の加速度計と、  該加速度計の検出値から上記舟体のｎ次の振動モードを把握した上で、該舟体にかかる慣性力を推定する慣性力推定手段と、  上記舟体底部を上方に付勢する復元ばねと、  該復元ばねと上記舟体底部間に設けられた、該舟体にかかっている力を検出するロードセルと、  該ロードセルにより検出された検出値から上記慣性力推定手段の推定値を差し引きすることにより、上記接触力を算出する接触力算出手段と、  を備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の説明では、通常の鉄道車両の技術におけるのと同様に、レールの長手方向（車両の進行方向）を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角の方向を左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。
さらに、以下の説明における具体例は、現状のＪＲの新幹線の一般的なものが用いられているものとする。この通常の例では、トロリ線は、直径約１５ｍｍの銅線である。トロリ線には、交流約２５ｋＶの電圧が印加される。トロリ線は、約５ｍおきに吊架線によって吊られている。この吊架線は、約５０ｍおきに柱によって支えられている。
【００１７】
｛第１実施例｝
図１は本発明の第１実施例に係る電気鉄道のパンタグラフを示す模式的正面図である。
図２（Ａ）は図１のパンタグラフの歪みゲージ部分を示す裏面側拡大図であり、図２（Ｂ）は同表面側拡大図であり、図２（Ｃ）は同側面断面図であり、図２（Ｄ）は歪みゲージの構成図である。
図３は舟体の詳細を示す斜視図である。
図４は舟体の具体的な寸法を説明する説明図である。
図５は図１のパンタグラフの支持構造の詳細を示す模式的側面断面図である。
【００１８】
図１〜図５に示すように、パンタグラフ１０は舟体１２を備えている。舟体１２は、左右方向に沿って延びている。舟体１２は、前後方向に離れて１組ずつ計２本設けられているものが多いが、１本の舟体のみで構成されるものもある。この例の舟体１２は、幅４０ｍｍ、長さ１．２ｍ、重さ３．５ｋｇの中空の箱状部材である（図４参照）。舟体１２はアルミニウム合金製である。停車時に舟体１２がトロリ線９に押し当てられる力（静接触力）は５０〜７０Ｎである。舟体１２の上表面には、摺り板１４が貼られている。摺り板１４は、鉄系や銅系の焼結合金製、あるいはカーボン系材料からなる。この摺り板１４がトロリ線に直接接触する。摺り板１４は、トロリ線９との接触により経時摩耗するので、定期的に交換する。
【００１９】
舟体４の左右両端部寄りの底面には、図５に示すように、ロッド２２が固定されている。ロッド２２は、舟体１２底面から下方に垂下している。ロッド２２の下端には、ストッパ２２ａが形成されている。舟支え１８には、前後２つのスリーブ１８ａ、１８ｂが一体に形成されている。これらスリーブ１８ａ、１８ｂは、上下方向に開口している。前側のスリーブ１８ａには前側の舟体のロッド２２が嵌合しており、後側のスリーブ１８ｂには後側の舟体のロッド２２が嵌合している。そして、ロッド２２とスリーブ１８ａ、１８ｂ間の隙間には、リニアベアリング２４が介装されている。このリニアベアリング２４により、舟支え１８がロッド２２に沿って上下に摺動する。舟支え１８は、ロッド２２のストッパ２２ａにより抜け止めされている。
【００２０】
舟体１２底面と舟支え１８間において、ロッド２２外周には復元ばね１５が配置されている。復元ばね１５は、ゴム製ばねあるいはコイルばねである。舟支え１８は、この復元ばね１５を介して舟体１２を支持する。舟支え１８の下には、パンタグラフ１０全体を昇降するリンク状の枠組２６が設けられている。同枠組２６は、リンク状をしており、コイルばねあるいはエアシリンダ（図示されず）等によって上下に昇降する。例えば、パンタグラフ１０の非使用時は、枠組２６は折り畳まれて下がり、舟体１２はトロリ線９から離れる。
【００２１】
舟体１２には、２軸用歪みゲージ３１が貼られている。２軸用歪みゲージ３１は、集電電流によるノイズの誘導を防ぐため、無誘導型ゲージを用いる。この２軸用歪みゲージ３１により、舟体１２の断面の剪断歪みを測定する。この例では、２軸用歪みゲージ３１は、舟体１２の両側面に２個ずつ貼られている。したがって、１本の舟体１２に対して計４個の２軸用歪みゲージ３１ａ〜３１ｄが設けられている。これら４個の２軸用歪みゲージ３１ａ〜３１ｄは、図２（Ｄ）に示すようにブリッジ接続されている。２軸用歪みゲージ３１ａ〜３１ｄをブリッジ接続することにより、舟体１２の前後方向の曲げやねじり荷重に対する感度が下がり、上下荷重に対する剪断歪みのみが測定されやすくなっている。
なお、歪みゲージは、図６に示すように、舟体１２の底部に貼るようにしてもよい。この場合は、舟体１２の曲げ歪みを測定するのに都合がよい。
【００２２】
さらに、舟体１２には、加速度計３５が取り付けられている。加速度計３５は、この例では１つの舟体１２の左右及び中央に計３個取り付けられている。加速度計３５を３個取り付けたことにより、後述する舟体１２の３次の振動モード（曲げ１次モード）にも対応できるようになっている。加速度計３５の筐体と舟体１２間には、ベーク板（図示されず）が介装されている。同ベーク板により、加速度計３５の筐体と舟体１２間は絶縁されている。これにより、信号ケーブルのシールド線に電流が流れず、出力信号のノイズが低減されている。
【００２３】
各２軸用歪みゲージ３１ａ〜３１ｄ及び加速度計３５は、制御装置（図示されず）に接続されている。この制御装置は、２軸用歪みゲージ３１及び加速度計３５の計測値に基づき、以下の原理により舟体１２とトロリ線との接触力を算出する。
以下、図７〜図１０を参照して上記の接触力測定原理について説明する。
図７は本発明に係る接触力測定方法を説明するための図である。
図８は舟体の慣性力の推定方法を説明するための図である。
図９はトロリ線の偏位の推定方法を説明するための図である。
図１０は舟体の振動モードについて説明するための図である。
【００２４】
最初に、図１０を参照して、舟体１２の振動モードを説明する。
図１０（Ａ）は、１次の振動モード（並進モード）である。このモードでは、舟体１２の左右がほぼ同時に上下する。このモードは、舟体１２の振動周波数が７Ｈｚ程度で生じる。このモードのときは、舟体１２の加速度を計測するためには、舟体１２に取り付ける加速度計３５は最低１個でよい。
図１０（Ｂ）は、振動モード２（ローリングモード）である。このモードでは、舟体１２の左右端がそれぞれ逆方向に上下し、前後方向軸の周りに揺れる。このモードは、舟体１２の振動周波数が１２Ｈｚ程度で生じる。このモードのときは、舟体１２の加速度を計測するためには、舟体１２に取り付ける加速度計３５は最低２個必要である。
【００２５】
図１０（Ｃ）は、振動モード３（曲げ１次モード）である。このモードでは、舟体１２の左右端と中央とがそれぞれ逆方向に上下する。このモードは、舟体１２の振動周波数が８０Ｈｚ程度で生じる。このモードのときは、舟体１２の加速度を計測するためには、舟体１２に取り付ける加速度計３５は最低３個必要である。
図１０（Ｄ）は、振動モード４（曲げ２次モード）である。このモードでは、舟体１２は波状に変形する。このモードは、舟体１２の振動周波数が２００Ｈｚ程度で生じる。このモードのときは、舟体１２の加速度を計測するためには、舟体１２に取り付ける加速度計３５は４個以上必要である。
【００２６】
したがって、この実施例のように、舟体１２に３個の加速度計３５を取り付けた場合は、振動モード１〜３（すなわち振動周波数１００Ｈｚ程度まで）に対する接触力を測定可能である。しかしながら、本発明は、加速度計の個数を増やすことにより、振動モード４あるいはそれ以上の場合であっても適用可能である。
【００２７】
次に、図７を参照し舟体の接触力に関して説明する。
図７に示すように、舟体１２にトロリ線９との接触力Ｆｃが作用しているとする。一方、舟体１２の摺り板１４を含む区間ＡＢを考えたとき、断面Ａ、Ｂ（区間ＡＢの両端）において剪断力τＡ、τＢが生じるとする。さらに、区間ＡＢに作用する舟体１２の慣性力の合計をＦｉｎａとする。このとき、接触力Ｆｃ、剪断力τＡ及び慣性力Ｆｉｎａの符号（力の向き）を＋と考え、剪断力τＢの符号（力の向き）を−と考えると、次式が成り立つ；
【数１】
0003618062.tif 000002
【００２８】
したがって、接触力Ｆｃは、
【数２】
0003618062.tif 000003
で表される。つまり、接触力Ｆｃを測定するためには、剪断力τＡ、τＢと区間ＡＢにおける慣性力Ｆｉｎａがわかればよい。剪断力τＡ、τＢは、２軸用歪みゲージ３１により歪みを計測することにより得られる。慣性力Ｆｉｎａは、加速度計による計測結果から求めることができる。
【００２９】
次に、図８を参照し舟体の慣性力の測定方法に関して説明する。
最初に、慣性力Ｆｉｎａは分布力であることに注意しておく。いま、図８に示すように座標Ｘ、Ｙ（すなわち図８の横方向がＸ、縦方向がＹ）を定め、この座標のＸ軸上において舟体１２の位置ｌＡ、ｌＢをとる。このとき、区間ＡＢの慣性力は、ｎ次の振動モードまでを考慮すると、各モードの慣性力の和、すなわち、
【数３】
0003618062.tif 000004
で表される。
【００３０】
この線密度分布ρを一定と見なし、慣性力Ｆｉｎａが舟体１２のｎ箇所の位置ｘｊ（ｊ＝１〜ｎ）における加速度の重み付き加算（加速度と重み係数の線形和）と等しいとする。
【数４】
0003618062.tif 000005
【００３１】
そして、「数３」と「数４」を等しいとおくと、以下が成り立つ。
【数５】
0003618062.tif 000006
【００３２】
したがって、この方程式系を満足するようなｗｊ（ｊ＝１〜ｎ）を求めればよい。以上により、慣性力Ｆｉｎａを求めることができる。
【００３３】
これにより、ｎ個のモードが支配的である場合、ある区間ＡＢの慣性力Ｆｉｎａは、舟体１２のｎ箇所の加速度に、重み係数ｗｊと区間ＡＢの質量を掛けて加算することにより推定可能である。なお、区間ＡＢの質量ρ（ｌＡ−ｌＢ）を舟体の等価質量と呼ぶ。
【００３４】
ところで、実際の測定に際しては、加速度重み係数と等価質量は加振試験により求めるのがよい。すなわち、既知の加振力により加振を行い、上述した「数２」式により推定した加振力と実際の加振力とが等しくなるような加速度重み係数と等価質量を求める。例えば、図３において、各加速度計３５ａ〜３５ｆの計測値をそれぞれ順にａ５〜ａ１０とし、舟体１２Ａ、１２Ｂの等価質量をそれぞれ順にＭ１、Ｍ２としたとき、各舟体１２Ａ、１２Ｂに対する慣性力Ｆｉｎａ，１、Ｆｉｎａ，２の補正は次式により行う；
【数６】
0003618062.tif 000007
【００３５】
また、簡便な方法として、各舟体１２Ａ、１２Ｂに対して２個の加速度計により舟体曲げ１次モードの慣性力を補正してもよい。すなわち、舟体１２Ａにおいては加速度計３５ａ、３５ｄの検出値を用い、舟体１２Ｂにおいては加速度計３５ｂ、３５ｅの検出値を用いる。このとき、各舟体１２Ａ、１２Ｂに対する慣性力Ｆｉｎａ，１、Ｆｉｎａ，２の補正は次式により行う；
【数７】
0003618062.tif 000008
この場合は、舟体の端部の加速度計（舟体１２Ａでは加速度計３５ｃ、３５ｄ；舟体１２Ｂでは加速度計３５ｅ、３５ｆ）が左右同じ検出値になると見做していることに相当する。
【００３６】
次に、図９を参照しトロリ線の偏位の推定に関して説明する。
図９に示すように、接触力Ｆｃと剪断力τＡ、τＢとの間には、慣性力を無視すると次式が成り立つ；
【数８】
0003618062.tif 000009
したがって、
【数９】
0003618062.tif 000010
が成り立つ。これにより、接触位置の推定が可能である。このような推定は、慣性力の無視できるような低い周波数に限定されるが、車上から見た架線の折れ曲がり等は、例えば車両速度が２７０ｋｍ／ｈのときに０．７５Ｈｚ（５０ｍ径間、２径間１サイクルの場合）であるため、この方法でも十分推定可能である。
【００３７】
次に、上記の方法により接触力測定を行った結果の具体的な事例について述べる。なお、従来の接触力測定方法では、慣性力を舟体中央に取り付けた１個の加速度計のみで推定している。
（１）舟体の等価質量の実測値（図３参照）
舟体１２Ａの等価質量Ｍ１＝約２．４ｋｇ、舟体１２Ｂの等価質量Ｍ２＝約２．１ｋｇである。
【００３８】
（２）重み係数（図３参照）
この重み係数に関しては、次の２つの仮定をおく；
（ａ）舟体の端部の加速度計（舟体１２Ａでは加速度計３５ｃ、３５ｄ；舟体１２Ｂでは加速度計３５ｅ、３５ｆ）については同じ値である。これは、舟体の振動モードが左右対称あるいは点対称になっていると仮定することに相当する。
（ｂ）各重み係数の合計は１である。これは、並進モード（図１０（Ａ）参照）が完全な剛体振動であると仮定することに相当する。
この仮定を考慮して求めた重み係数は、
舟体１２Ａについて：ｗ１＝０．７５、ｗ２＝ｗ３＝０．１２５
舟体１２Ｂについて：ｗ４＝０．８３、ｗ５＝ｗ６＝０．０８３
である。
【００３９】
図１１は従来の接触力の測定結果（加速度計を図１０（Ａ）のように舟体の中央部の１ヶ所に取り付けた場合）を示すグラフである。図１２は上記の値を用いた場合の本発明の接触力の測定結果（加速度計を図１０（Ｃ）のように舟体に３個取り付けた場合）を示すグラフである。これらのグラフは、横軸が舟体振動の周波数（単位Ｈｚ）を示し、縦軸が接触推定力を加振力で割った値を示す。なお、この試験では、加振力を測定可能な加振器でパンタグラフを振動させた。
【００４０】
図１１に示すように、従来の方法では、特に振動周波数４０Ｈｚ以上において、接触推定力の誤差が著しくなっている。しかし、図１２に示す本発明の方法では、振動周波数１００Ｈｚであっても、接触推定力の誤差がほとんど生じていないことがわかる。なお、所見によれば、加速度計が２個の場合であっても、加速度計が３個の場合より若干精度が低下するが、振動周波数８０Ｈｚ程度までは十分に実用的な精度を得ることができる。
【００４１】
このように、従来の方法では、振動モード２に相当する約４０Ｈｚ以上の振動周波数においては、舟体の接触力の推定誤差が大きかった。本発明においては、加速度計の計測値に基づいた舟体の弾性振動を考慮することにより、慣性力Ｆｉｎａを精度良く推定することができる。
【００４２】
以下、本発明の他の実施例について説明する。以下の実施例では、第１実施例と同一構成部分については説明を省略する。
｛第２実施例｝
以下、本発明の第２実施例について説明する。
図１３は、本発明の第２実施例を説明する図である。
図１３（Ａ）に示すパンタグラフは、舟体４２を支持する枠組が、図１３（Ｂ）に示すようなシングルアーム２７となっている。復元ばね１５は、舟体４２の中央部底面とシングルアーム２７上端間に１個だけ介在している。
【００４３】
図１３（Ａ）に示すパンタグラフにおいては、第１実施例における歪みゲージに代えて、舟体４２の支持ばね１５の変形を測定するレーザ変位計３２が設けられている。同レーザ変位計３２は、シングルアーム２７の上端に取り付けられている。レーザ変位計３２は、舟体４２の底面に向けてレーザ光線を照射して、舟体４２の変位を計測する。そして、この変位に支持ばね１５のばね定数を掛けて舟体４２を支持する力を算出する。さらに、舟体支持力から慣性力を差し引いてトロリ線接触力を算出する。
【００４４】
｛第３実施例｝
以下、図１４を参照して本発明の第３実施例について説明する。
図１４に示すパンタグラフは、第１実施例における歪みゲージに代えて、ロードセル３４が設けられているものである。ロードセル３４は、舟体４２底面と復元ばね１５間に配置されている。このロードセル３４により、舟体４２にかかっている力を計測する。このロードセル３４による力の計測値が、第１実施例における左右の剪断力の差に相当する。したがって、この計測値から舟体の慣性力を差し引きして、トロリ線接触力を算出する。
【００４５】
｛第４実施例｝
以下、図１５を参照して本発明の第４実施例について説明する。
図１５に示すパンタグラフは、２軸用歪みゲージ３１が舟体４２中央部（すなわち復元ばね１５の取付部）にのみ貼られている。シングルアーム２７に対しては、２個の２軸用歪みゲージ３１で十分な接触力推定を行うことができる。
【００４６】
｛第５実施例｝
以下、本発明の第５実施例について説明する。
図１６及び図１７は、本発明の第３実施例を説明する図である。
これらの各図に示す各パンタグラフは、枠組が図１３（Ｂ）に示すようなシングルアーム２７となっている。このシングルアーム２７の上端には、天井管１９が取り付けられている。復元ばね１５は、舟体４３の上端部と天井管１９間に２個介在されている。
【００４７】
図１６に示すパンタグラフは、２軸用歪みゲージ３１が舟体４３底面に貼られている。この場合は、舟体４３の曲げ歪みを適切に測定できる。一方、図１７に示すパンタグラフは、２軸用歪みゲージ３１は舟体４３側面に貼られている。この場合は、舟体４３の剪断歪みを適切に測定できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、測定可能な周波数範囲を増やすことにより、高い周波数成分を含む接触力変動現象（例えば離線現象）に対応することができる効果がある。さらに、誤差の少ない正確な接触力を求めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る電気鉄道のパンタグラフを示す模式的正面図である。
【図２】図２（Ａ）は図１のパンタグラフの歪みゲージ部分を示す裏面側拡大図であり、図２（Ｂ）は同表面側拡大図であり、図２（Ｃ）は同側面断面図であり、図２（Ｄ）は歪みゲージの構成図である。
【図３】図１のパンタグラフの舟体の詳細を示す斜視図である。
【図４】図１のパンタグラフの舟体の具体的な寸法を説明する図である。
【図５】図１のパンタグラフの支持構造の詳細を示す模式的側面断面図である。
【図６】図１のパンタグラフの変形例を示す模式的正面図である。
【図７】本発明に係る接触力測定方法を説明するための図である。
【図８】舟体の慣性力の推定方法を説明するための図である。
【図９】トロリ線の変位の推定方法を説明するための図である。
【図１０】舟体の振動モードについて説明するための図である。
【図１１】従来の接触力の測定結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の接触力の測定結果を示すグラフである。
【図１３】図１３（Ａ）は本発明の第２実施例に係る電気鉄道のパンタグラフを示す模式的正面図であり、図１３（Ｂ）は同側面図である。
【図１４】本発明の第３実施例に係る電気鉄道のパンタグラフを示す模式的正面図である。
【図１５】本発明の第４実施例に係る電気鉄道のパンタグラフを示す模式的正面図である。
【図１６】本発明の第５実施例に係る電気鉄道のパンタグラフを示す模式的正面図である。
【図１７】本発明の第５実施例に係る電気鉄道のパンタグラフを示す模式的正面図である。
【符号の説明】
９    トロリ線                １０    パンタグラフ
１２、４２、４３    舟体        １４    摺り板
１５    復元ばね                １８    舟支え
１９    天井管                  ２２    ロッド
２６    枠組                    ２７    シングルアーム
３１    ２軸用歪みゲージ        ３２    レーザ変位計
３４    ロードセル              ３５    加速度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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