(57)【要約】【課題】  トロリ線の断面形状を変形することによってこのトロリ線に発生する応力を低減することができるトロリ線の応力低減構造を提供する。【解決手段】  トロリ線３は、すり板１が接触移動する電線である。トロリ線３は、すり板１がトロリ線３と接触移動するときにこのトロリ線３に発生するトロリ線応力を低減可能な応力低減構造を備えている。トロリ線３の断面積は、重量の増加を抑えるために通常のトロリ線の断面積とほぼ同一にすることが好ましい。トロリ線３は、下部３ａと上部３ｂとから構成されており、下部３ａはトロリ線３の本体部分であり断面形状がほぼ円形に形成されている。上部３ｂは、トロリ線３の断面二次モーメントを大きくするための部分であり、下部３ａと一体に形成されこの下部３ａから突出している。上部３ｂは、断面形状がほぼ四角形であり薄肉のリブである。【選択図】      図１
2006264537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電装置のすり板が架線のトロリ線と接触移動するときにこのトロリ線に発生するトロリ線応力を低減可能なトロリ線の応力低減構造であって、
前記トロリ線は、このトロリ線の断面二次モーメントを大きくするための突出部を備えること、
を特徴とするトロリ線の応力低減構造。
【請求項２】
請求項１に記載のトロリ線の応力低減構造において、
前記トロリ線の断面積は、通常のトロリ線の断面積とほぼ同一であること、
を特徴とするトロリ線の応力低減構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、集電装置のすり板が架線のトロリ線と接触移動するときにこのトロリ線に発生するトロリ線応力を低減可能なトロリ線の応力低減構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のトロリ線は、硬銅又はアルミニウムの電導体内に鋼帯と鋼線とを配置している（例えば、特許文献１参照）。このような従来のトロリ線では、架線の補強用に鋼帯を使用し、導電特性を向上させるために鋼線を使用することによって、波動伝播特性及び耐疲労特性などを向上させて高速走行を可能としている。
【０００３】
【特許文献１】特開平8-216738号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
新幹線高速化に向けた課題の一つに、架線の応力低減がある。集電装置（パンタグラフ）のすり板がトロリ線に接触移動すると、このトロリ線が湾曲してこのトロリ線の表面に応力（トロリ線応力）が発生する。このため、すり板が通過するたびにトロリ線が繰返し応力を受けると、トロリ線が疲労破断するおそれがある。このようなトロリ線の疲労破断を防止するために、通常はトロリ線の許容応力を60MPa(ひずみ量に換算すると500μSt)以内としている。
【０００５】
図３は、従来のトロリ線のトロリ線ひずみ量と速度との関係を示すグラフである。
図３に示す縦軸は、トロリ線ひずみ量(μ)であり、横軸は速度(km/h)であり、図３に示すグラフでは計算値と実測値とを示している。トロリ線応力は、図３に示すように、速度の増加に応じて急増する。弾性支床上はりモデルによれば、パンタグラフ点の曲げ応力σは以下の数１によって表される。
【０００６】
【数１】
2006264537.tif 000003
【０００７】
ここで、数１に示すＦは、パンタグラフの集電舟（舟体）を静的状態でトロリ線の方向に押上げる力（押上げ力）であり、Ｚはトロリ線の断面係数であり、EIは曲げ剛性（ヤング率×断面二次モーメント）であり、Ｔはトロリ線張力であり、Ｖは列車速度であり、ｃはトロリ線に発生した波動が前後方向に伝播する速度（波動伝播速度）であり、ｅは中立軸からトロリ線の上端又は下端までの距離のうち大きい方である。数１に示す波動伝播速度ｃは、通常500km/h前後であり、列車速度Ｖが大きくなるとトロリ線に発生する応力σが大きくなってしまう。また、数１に示す応力σを小さくするためにトロリ線張力Ｔを大きくするとトロリ線の許容応力が増加してしまい、断面係数Ｚを大きくするためにトロリ線の断面積を大きくするとトロリ線の重量が増加してしまう。このため、数１に示すトロリ線の断面二次モーメントＩを大きくし、かつ、ｅを小さくすればトロリ線に発生する応力σを小さく抑えることが可能である。一般にトロリ線の高さをｈとすれば以下の数２の関係が成り立つ。
【０００８】
【数２】
2006264537.tif 000004
【０００９】
このため、数１には以下の数３の関係が成り立つ。
【００１０】
【数３】
2006264537.tif 000005
【００１１】
従って、トロリ線の高さを大きくするためには、断面二次モーメントを大きくすれば発生する応力を容易に低減することができる。
【００１２】
この発明の課題は、トロリ線の断面形状を変形することによってこのトロリ線に発生する応力を低減することができるトロリ線の応力低減構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、集電装置のすり板（１）が架線のトロリ線（３）と接触移動するときにこのトロリ線に発生するトロリ線応力を低減可能なトロリ線の応力低減構造であって、前記トロリ線は、このトロリ線の断面二次モーメントを大きくするための突出部（３ｂ）を備えることを特徴とするトロリ線の応力低減構造である。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載のトロリ線の応力低減構造において、前記トロリ線の断面積は、通常のトロリ線の断面積とほぼ同一であることを特徴とするトロリ線の応力低減構造である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によると、トロリ線の断面形状を変形することによってこのトロリ線に発生する応力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の実施形態に係るトロリ線の応力低減構造を備えるトロリ線の断面図である。
図１に示すすり板１は、集電装置の集電舟に取り付けられトロリ線３と接触する部材である。すり板１は、図１に示すように、トロリ線３と直交する方向に伸びた金属製又は炭素製の板状部材である。イヤー２は、トロリ線３を支持する支持装置（電車線金具）とこのトロリ線３とを機械的及び電気的に接続する部材である。イヤー２は、金属製の部材でありトロリ線３を締め付ける爪部２ａ，２ｂを備えている。
【００１７】
トロリ線３は、すり板１が接触移動する電線である。トロリ線３は、すり板１がしゅう動することによって電車や電気機関車などの電気車に負荷電流を供給する。トロリ線３は、通常、電気抵抗が小さく機械的強度が大きい硬銅又は銅合金などから形成されている。図１に示すトロリ線３の断面積は、重量の増加を抑えるとともに必要な導電特性を確保するために、通常のトロリ線（従来のトロリ線）とほぼ同一にすることが好ましい。トロリ線３の断面積は、通常、85mm2、110mm2、150mm2、170mm2であり、東海道新幹線では断面積が170mm2 であり、九州新幹線などでは断面積が110mm2 である。トロリ線３は、支持点間の距離（径間）が40〜60m程度になるように支持されている。トロリ線３は、すり板１がトロリ線３と接触移動するときにこのトロリ線３に発生するトロリ線応力を低減可能な応力低減構造を備えている。トロリ線３は、図１に示すように、下部３ａと上部３ｂとから構成されている。下部３ａは、トロリ線３の本体部分であり、断面形状がほぼ円形に形成されている。上部３ｂは、トロリ線３の断面二次モーメントを大きくするための部分である。上部３ｂは、下部３ａと一体に形成されこの下部３ａから上方に突出している。上部３ｂは、断面形状がほぼ四角形であり薄肉のリブである。上部３ｂは、溝部３ｃ，３ｄを備えており、この溝部３ｃ，３ｄはトロリ線３の長さ方向に沿って形成され、イヤー２の爪部２ａ，２ｂによって締め付けられる部分である。
【００１８】
図２は、この発明の実施形態に係るトロリ線の応力低減構造を備えるトロリ線と従来のトロリ線とを模式的に示す断面図であり、図２（Ａ）は従来の□170トロリ線であり、図２（Ｂ）は応力低減構造を備える□170新型トロリ線である。
図２に示すＡ0は、従来のトロリ線の断面積であり、Ａ1は新型トロリ線の下部（図１に示す下部３ａ）の断面積であり、Ａ2は新型トロリ線の上部（図１に示す上部３ｂ）の断面積であり、Ａ0＝Ａ1＋Ａ2である。Ｒ0は、従来のトロリ線の線径であり、Ｒ1は新型トロリ線の下部の線径である。Ｃ0，Ｃ1，Ｃ2は、二次元図形の図心（重心）であり、Ｃ0は従来のトロリ線及び新型トロリ線の図心であり、Ｃ1は新型トロリ線の下部の図心であり、Ｃ2は新型トロリ線の上部の図心である。ｘは、図心Ｃ0を通過する中立軸であり、Ｈは新型トロリ線のリブ高さであり、ｄは新型トロリ線のリブ幅である。ｙ1，ｙ2は、新型トロリ線の下端を原点としたときの図心Ｃ1，Ｃ2の座標である。Ｉ0は従来のトロリ線の断面二次モーメントである。Ｉ1は、新型トロリ線の下部の断面二次モーメントであり、Ｉ2は新型トロリ線の上部の断面二次モーメントである。ただし、これらは全て新型トロリ線全体の中立軸ｘに対する断面二次モーメントであるとする。これらの合計(Ｉ1＋Ｉ2)が新型トロリ線全体の断面二次モーメントになる。ここで、断面二次モーメントは、断面を無数の微小面積ΔＡに分け、中立軸ｘから微小面積ΔＡまでの距離ｙであるときに、微小面積ΔＡと距離ｙの二乗との積を断面全部について加えたものでありＩ＝Σｙ2ΔＡで表される。ｙ3は、新型トロリ線の下端を原点としたときの図心Ｃ0の座標であり、中立軸ｘから新型トロリ線の下端までの距離(ｙ3＝(Ａ1ｙ1＋Ａ2ｙ2)/ (Ａ1＋Ａ2))である。Ｚは、断面係数であり、新型トロリ線の場合には断面二次モーメント(Ｉ1＋Ｉ2)を距離ｙ3で除した値である。
【００１９】
【表１】
2006264537.tif 000006
【００２０】
表１は、図２（Ａ）に示す断面積Ａ0が170mm2の従来のトロリ線の応力と、図２（Ｂ）に示す断面積Ａ0が170mm2の新型トロリ線の応力との比を一例として計算したものである。その結果、図２（Ｂ）に示すような新型トロリ線については、断面形状を変化させることによって、図２（Ａ）に示す従来のトロリ線の断面積Ａ0のままで応力を20％低減することが可能である。
【００２１】
この発明の実施形態に係るトロリ線の応力低減構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、トロリ線３の断面二次モーメントを大きくするための突出部をこのトロリ線３が備えている。このため、すり板１がトロリ線３と接触移動するときにこのトロリ線３に発生する応力を低減することができ、列車のより一層の高速化を図ることができる。
【００２２】
(2) この実施形態では、トロリ線３の断面積が通常のトロリ線の断面積とほぼ同一である。このため、トロリ線３の重量の増加を抑えることができ、既存の架線支持装置などをそのまま利用して列車の高速化を図ることができる。
【００２３】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
例えば、この実施形態では、新幹線などの高速化を例に挙げて説明したが、在来線の高速化を図る場合にもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、鋼心のないトロリ線３を例に挙げて説明したが、機械的強度及び耐摩耗性を向上させるために鋼心を入れたCSトロリ線やTAトロリ線などの複合トロリ線についてもこの発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施形態に係るトロリ線の応力低減構造を備えるトロリ線の断面図である。
【図２】この発明の実施形態に係るトロリ線の応力低減構造を備えるトロリ線と従来のトロリ線とを模式的に示す断面図であり、（Ａ）は従来の□170トロリ線であり、（Ｂ）は応力低減構造を備える□170新型トロリ線である。
【図３】従来のトロリ線のトロリ線ひずみ量と速度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１  すり板
２  イヤー
３  トロリ線
３ａ  下部
３ｂ  上部（突出部）
【図１】
2006264537.tif 000007
【図２】
2006264537.tif 000008
【図３】
2006264537.tif 000009