(57)【要約】【課題】パンタグラフの複雑化を引き起こすことなく広範な車両走行速度域において集電摺動部のトロリ線への追随特性を向上したパンタグラフ等を提供する。【解決手段】トロリ線Ｔに接触する集電摺動部１０と、集電摺動部１０を車体に対し変位可能に支持する支持機構３０と、支持機構３０に設けられたバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素１００と、車両の走行時にトロリ線Ｔが集電摺動部１０を加振する卓越周波数に応じて可変磁気バネ要素１００のバネ定数を変更する制御手段とを備える構成とする。【選択図】図１
2008245415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロリ線に接触する集電摺動部と、
前記集電摺動部を車体に対し変位可能に支持する支持機構と、を備えるパンタグラフであって、
さらに、前記集電摺動部側に設けられた摺動部側磁石、及び、前記支持機構側に設けられ前記摺動部側磁石との間で反発力を発生する支持機構側磁石を有するバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素と、
前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変磁気バネ要素の前記バネ定数を変更する制御手段と、を備えることを特徴とするパンタグラフ。
【請求項２】
前記制御手段が前記車両の走行速度変化に応じて前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することを特徴とする請求項１に記載のパンタグラフ。
【請求項３】
前記可変磁気バネ要素の前記摺動部側磁石と前記支持機構側磁石との間隔を変更する磁石間隔変更手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパンタグラフ。
【請求項４】
透磁率が空気と異なる材料で形成された透磁率調整部材を有し、前記透磁率調整部材が前記可変磁気バネ要素の前記摺動部側磁石と前記支持機構側磁石との間に挿入された状態と退避した状態とを切り換える磁束密度変更手段を備えることを特徴とする請求項１から３に記載のパンタグラフ。
【請求項５】
前記磁束密度変更手段は、透磁率が相互に異なった複数の前記透磁率調整部材を単独及び積み重ねた状態で前記可変磁気バネ要素の前記摺動部側磁石と前記支持機構側磁石との間に挿入可能であることを特徴とする請求項４に記載のパンタグラフ。
【請求項６】
前記可変磁気バネ要素の前記支持機構側磁石は、前記集電摺動部を前記トロリ線方向に付勢する第１の磁石と、前記集電摺動部を前記トロリ線から離間する方向に付勢する第２の磁石とを備えることを特徴とする請求項１から５に記載のパンタグラフ。
【請求項７】
トロリ線に接触する集電摺動部と、前記集電摺動部を車体に対して変位可能に支持する支持機構と、を有するパンタグラフの追随特性向上方法であって、前記集電摺動部側に摺動部側磁石を設けるとともに、前記支持機構側に前記摺動部側磁石との間で反発力を発生する支持機構側磁石を有するバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素を設け、
前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することを特徴とするパンタグラフの追随特性向上方法。
【請求項８】
前記車両の走行速度変化に応じて、前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することを特徴とする請求項７に記載のパンタグラフの追随特性向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道においてトロリ線からの集電を行うパンタグラフ、及び、このようなパンタグラフの追随特性向上方法に関する。特には、車両の速度変化等に起因してトロリ線からの加振周波数が変化する場合であっても、広い周波数帯域において良好な追随特性が得られるパンタグラフ及びパンタグラフの追随特性向上方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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車両に電力を送る方式が一般的である。車体に対するトロリ線の高さは一定ではなく、例えばトロリ線を支持するハンガの配置間隔等に応じた高さ変化（凹凸）があることから、車両の走行時にパンタグラフの舟体はトロリ線から周期的に変動する加振を受けることになる。ここで、舟体に設けられたすり板体がトロリ線の高さ変化に追随しきれずにトロリ線から離れる離線が生ずると、すり板体とトロリ線との間にスパークが生じてすり板体の損耗が進み問題となる。そのため、パンタグラフには、すり板体のトロリ線に対する追随特性を向上することにより、離線が極力起こらないことが求められる。
【０００３】
従来、パンタグラフのトロリ線に対する追随特性を向上する技術として、以下のものが知られている。
（１）複数個の舟体が互いに独立に振動可能となるように、各々の舟体を共通の支持体で弾性支持し、各舟体の弾性支持系の共振点を相互に重ならないようにずらす（例えば、特許文献１を参照）。
（２）前後１対の舟体を設けて、各舟体の質量を異ならせるとともに、各舟体の車幅方向両端部にそれぞれ設けられた復元バネのバネ定数を前後左右で異ならせる（例えば、特許文献２を参照）。
（３）複数個の舟体をそれぞれ個別に上下動させる駆動機構を備え、各舟体を一定周期で相互に所定時間ずらして上下動させることによって、各舟体のいずれかが常にトロリ線に接するように制御する（例えば、特許文献３を参照）。
【特許文献１】特公昭５６−２７０４２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７４６６７号公報
【特許文献３】特開昭５４―２０５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した各特許文献の従来技術は、複数の舟体を必要とすることからパンタグラフの構造が複雑化し、重量も大きくなる。さらに、既存のパンタグラフを改修して適用することも困難である。
また、電気鉄道の高速化に伴い、パンタグラフには広範な速度域で良好な追随特性を発揮することが要求されている。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、パンタグラフの複雑化を引き起こすことなく広範な車両走行速度域において集電摺動部のトロリ線への追随特性を向上したパンタグラフ、及び、パンタグラフの追随特性向上方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明のパンタグラフは、トロリ線に接触する集電摺動部と、前記集電摺動部を車体に対し変位可能に支持する支持機構と、を備えるパンタグラフであって、さらに、前記集電摺動部側に設けられた摺動部側磁石、及び、前記支持機構側に設けられ前記摺動部側磁石との間で反発力を発生する支持機構側磁石を有するバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素と、前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変磁気バネ要素の前記バネ定数を変更する制御手段と、を備えることを特徴とする。
なお、本明細書、請求の範囲等において、「磁気バネ要素」とは、複数の磁石間に作用する反発力によってバネ反力を得るバネ要素を意味するものとし、ここでいう磁石には、磁性材料に着磁を施した永久磁石のほか、磁性材料の周囲に設けられたコイルに通電したときのみ磁力を発生する電磁石も含むものとする。
【０００７】
パンタグラフの集電摺動部のトロリ線に対する追随振幅特性は、周波数に応じていくつかのピークと谷とが現れるのが一般的である。このようなピークが現れる周波数（卓越周波数）や谷のみられる周波数は集電摺動部を支持するバネ要素のバネ定数に応じて変化する。
本発明によれば、車両の走行時にトロリ線が集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて、上記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することによって、良好な追随振幅が得られる周波数帯をシフトさせてパンタグラフの追随特性を向上することができる。これによって、例えば複数の舟体を設ける等のパンタグラフの構造を複雑化することなく、広範な車両走行速度域にわたってパンタグラフの追随特性を向上することができる。
【０００８】
本発明のパンタグラフにおいて、前記制御手段が前記車両の走行速度変化に応じて前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更するものとできる。
すなわち、トロリ線が集電摺動部を加振する卓越周波数は、トロリ線を支持するハンガ等の配置間隔がほぼ一定である場合には、車両の走行速度にほぼ比例する。一方、バネ要素のバネ定数を上げる（大きくする）ことによって追随振幅特性のピークを周波数が高い側へシフトさせることができるため、車両の走行速度に応じてバネ定数を上げることによって、良好な追随振幅特性を得ることができる。
この場合、バネ要素のバネ定数は、連続的に変えてもよく、また、段階的に変えてもよい。
【０００９】
本発明のパンタグラフは、前記可変磁気バネ要素の前記摺動部側磁石と前記支持機構側磁石との間隔を変更する磁石間隔変更手段を備えることができる。
これによれば、磁石の間隔を広げることによって可変磁気バネ要素のバネ定数を低くすることができ、また、磁石の間隔を狭めることによって可変磁気バネ要素のバネ定数を高くすることができる。
【００１０】
また、本発明は、透磁率が空気と異なる材料で形成された透磁率調整部材を有し、磁石間の透磁率を変更する手段を備える構成とすることができる。
これによれば、摺動部側磁石と支持機構側磁石との間の磁束密度を変化させて可変磁気バネ要素のバネ定数を変化させることができる。
ここで、透磁率調整部材は、透磁率が相互に異なったものを複数設けて、磁石間に挿入される透磁率調整部材を選択して、可変磁気バネ要素のバネ定数を調節するようにしてもよい。また、透磁率が相互に異なった複数の透磁率調整部材を磁石間に単独で、及び、積み重ねた状態で挿入可能とし、挿入される透磁率調整部材の組み合わせを変えることによってバネ定数を制御してもよい。
【００１１】
本発明のパンタグラフは、前記可変磁気バネ要素の前記支持機構側磁石は、前記集電摺動部を前記トロリ線方向に付勢する第１の磁石と、前記集電摺動部を前記トロリ線から離間する方向に付勢する第２の磁石とを備える構成とすることができる。
【００１２】
本発明のパンタグラフの追随特性向上方法は、トロリ線に接触する集電摺動部と、前記集電摺動部を車体に対して変位可能に支持する支持機構と、を有するパンタグラフの追随特性向上方法であって、前記集電摺動部側に摺動部側磁石を設けるとともに、前記支持機構側に前記摺動部側磁石との間で反発力を発生する支持機構側磁石を有するバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素を設け、前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することを特徴とする。
この場合、前記車両の走行速度変化に応じて、前記可変磁気バネ要素のバネ定数を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、集電摺動部がトロリ線によって加振される周波数に応じて、集電摺動部をトロリ線方向に付勢する可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することによって、良好な追随振幅が得られる周波数帯をシフトさせてパンタグラフの追随特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照しつつ本発明を適用したパンタグラフの第１の実施形態について説明する。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をなす方向を左右方向（車幅方向）、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。
【００１５】
図１は、第１の実施形態のパンタグラフを車両の進行方向から見た模式的正面図である。
図２は、図１のII部模式的斜視図である。
パンタグラフ１は、舟体１０、台枠２０、枠体３０等を備え、舟体１０と枠体３０との間には磁気バネユニット１００が設けられている。
【００１６】
舟体１０は、ほぼ車幅方向に沿って伸びた梁状の部材であって、すり板体１１を備える。舟体１０は、本発明にいう集電摺動部である。
すり板体１１は、トロリ線（給電線・架線）Ｔに接触し、車両の走行時にはトロリ線Ｔと摺動して導通を確保するプレート状の部材である。すり板体１１は、例えば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。トロリ線Ｔは、ほぼ車両の進行方向に沿って伸びているが、すり板体１１の局所的な摩耗を防止するため、すり板体１１の有効幅内において蛇行して配置されている。
また、舟体１０には、その下側に突き出して形成され、磁気バネユニット１００と接続される接続ステー１２が設けられている。この接続ステー１２は、車幅方向に離間して１対が設けられている。
【００１７】
台枠２０は、車体の屋根に固定され、パンタグラフ１の基部として機能する部分である。また、台枠２０と車体屋根との間には、絶縁用の碍子２１が設けられている。
【００１８】
枠体（支持機構）３０は、舟体１０を車体に対して上下方向に変位可能に支持するリンク機構を備えている。枠体３０は、すり板体１１がトロリ線Ｔに当接した上昇状態と、パンタグラフ１の不使用時にすり板体１１がトロリ線Ｔから離間した下降状態とをとることができる。
枠体３０は、上枠３１、下枠３２、ヒンジ３３、天井管３４等を備えている。
【００１９】
上枠３１、下枠３２は、枠体３０の上部、下部をそれぞれ構成するレバー状の部材である。
ヒンジ３３は、上枠３１の下端部と下枠３２の上端部とを相互に揺動可能に接続するものである。
天井管３４は、上枠３１の上端部に接続され、車幅方向にほぼ沿って梁状に伸びた部材であって、舟体１０を磁気バネユニット１００を介して支持するものである。
また、枠体３０は、天井管３４がトロリ線Ｔ方向に押し上げられる方向に付勢する図示しない枠体付勢バネ要素を備えている。
【００２０】
磁気バネユニット１００は、舟体１０の接続ステー１２と枠体３０の天井管３４との間に設けられ、そのバネ定数を変更可能な可変磁気バネ要素（可変剛性機構）である。
磁気バネユニット１００は、付勢力伝達レバー１１０、舟体側マグネット１２０、枠体側マグネット１３０，１４０、ガイド機構１５０、マグネット送り機構１６０を備えている。
【００２１】
付勢力伝達レバー１１０は、磁気バネユニット１００の付勢力を舟体１０側へ伝達する部材である。付勢力伝達レバー１１０は、長手方向を車幅方向に沿わせて配置された矩形のプレート状に形成されている。付勢力伝達レバー１１０の車幅方向内側の端部は、舟体１０の接続ステー１２に固定されている。また、付勢力伝達レバー１１０の車幅方向外側の端部には、舟体側マグネット１２０が挿入される開口１１１が上下方向に貫通して形成されている。
【００２２】
舟体側マグネット１２０及び枠体側マグネット１３０，１４０は、円環状に形成された永久磁石であって、その中心軸方向に沿った両端側にＮ極、Ｓ極がそれぞれ設けられている。
舟体側マグネット１２０は、その中心軸がほぼ鉛直方向となるように付勢力伝達レバー１１０の開口１１１内に挿入され、固定されている。
枠体側マグネット１３０，１４０は、それぞれ舟体側マグネット１２０の上方及び下方に、舟体側マグネット１２０と同じ極が対向する向きで相互に間隔を隔てて配置されている。これらの枠体側マグネット１３０，１４０は、ガイド機構１５０を介して枠体の天井管３４の車幅方向両端部における上方側に支持されている。枠体側マグネット１３０，１４０は、これらが舟体側マグネット１２０との間で生ずる反発力によって、舟体１０をトロリ線Ｔから離間させる方向、及び、舟体１０をトロリ線Ｔ側に押圧する方向にそれぞれ付勢している。
【００２３】
ガイド機構１５０は、枠体側マグネット１３０，１４０を舟体側マグネット１２０に対して鉛直方向に変位可能に支持するものである。ガイド機構１５０は、レール部１５１、マグネット保持部１５２，１５３等を備えている。
レール部１５１は、天井管３４の上面部から上方へ突き出して形成され、マグネット保持部１５２，１５３をその長手方向に沿って直進案内する。
マグネット保持部１５２，１５３は、それぞれ枠体側マグネット１３０の上側及び枠体側マグネット１４０の下側にそれぞれ設けられ、これらの各マグネットが固定されるとともに、レール部１５１によって支持されている。
また、これらマグネット保持部１５２，１５３は、後述するマグネット送り機構１６０のネジ軸１６１が挿入され、このネジ軸１６１と協働してボールネジ機構を形成するものであって、図示しないボール及びこのボールを循環させる循環路を備えている。
【００２４】
マグネット送り機構１６０は、舟体側マグネット１２０と枠体側マグネット１３０，１４０との間隔を変更するものであり、本発明にいう磁石間隔変更手段である。マグネット送り機構１６０は、ネジ軸１６１、モータ１６２を備えている。
ネジ軸１６１は、その中心軸がほぼ鉛直方向に沿って配置され、外周面部に上述したマグネット保持部１５２，１５３との間でボールネジ機構を形成するネジ溝が形成されている。ここで、各マグネット保持部１５２，１５３との間でそれぞれボールネジ機構を形成する各ネジ溝は、一方が逆ネジとなっている。例えば、マグネット保持部１５２に対応する上側の領域では右ネジとなっており、マグネット保持部１５３に対応する下側の領域では左ネジとなっている。これによって、ネジ軸１６１は、上方から見て時計回りに回転させることによって、マグネット保持部１５２を上昇させるとともに、マグネット保持部１５３を下降させることができ、反時計回りに回転させることによって、マグネット保持部１５２を下降させるとともに、マグネット保持部１５３を上昇させる。
ネジ軸１６１は、付勢力伝達レバー１１０に固定された舟体側マグネット１２０、支持機構側マグネット１３０，１４０、ガイド機構１５０のマグネット保持部１５２，１５３を貫通して配置されている。また、舟体側マグネット１２０は、ネジ軸１６１によって、その長手方向に沿って相対移動可能に案内されている。
モータ１６２は、天井管３４の下部に設けられ、ネジ軸１６１の下端部と接続されている。モータ１６２は、図示しない制御装置による制御に応じてネジ軸１６１をその中心軸回りに回転駆動する。
【００２５】
次に、第１の実施形態におけるパンタグラフの制御方法（追随特性向上方法）について説明する。
この制御方法は、車両の広い速度帯域においてパンタグラフの追随振幅特性を向上させることを主眼においたものである。ここで、追随振幅とは、車両の走行時にパンタグラフの集電摺動部がトロリ線の上下方向変位等によって加振された際に、離線することなくトロリ線に追随可能な最大振幅をいう。この追随振幅特性は、パンタグラフの集電性能を評価する代表的指針である。これを数値的に評価する一つの方法として、単純なバネ−質点モデルを用いることができる。
【００２６】
図３は、追随振幅特性の評価に用いられるバネ−質点モデルを示す図である。
追随振幅は周波数応答であって、例えば、ハンガの配置間隔等に起因する所定の周期の正弦波状に高さ変化を有する剛体トロリ線をパンタグラフが摺動しながら走行する場合に、離線を起こすことなく走行可能なトロリ線凹凸の最大振幅を意味する。
【００２７】
図４は、パンタグラフの追随振幅特性の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動周波数を示し、縦軸は追随振幅を示している。追随振幅は、低い周波数では大きく、周波数が高くなるにつれて低下する傾向を有する。ただし、追随振幅は周波数に対して単純減少するのではなく、いくつかのピークと谷が現れることが一般的である。
これらのピークと谷が現れる周波数は、図３に示す質量ｍ１，ｍ２と剛性ｋ１によって決定される。また、トロリ線凹凸の周波数は、ハンガ等の出現周期と列車の走行速度とで決まると考えることができる。ハンガの出現周期をＬ、列車の走行速度をＶとすると、トロリ線凹凸の周波数ｆは、ｆ＝Ｖ／Ｌで与えられる。
【００２８】
したがって、追随性能の良いピークが現れる周波数（二番目の卓越周波数）を、ハンガ等に起因するトロリ線の凹凸波長と列車の走行速度で決まる周波数にほぼ一致させることができれば、追随振幅特性が良好な状態で走行することができる。しかし、列車の速度は変化するため、図４のような追随振幅特性の良い周波数帯域が狭いパンタグラフを用いている場合は、広範な速度範囲にわたって良好な特性を維持することは困難である。そこで、本発明においては、トロリ線による舟体への加振周波数に相関するパラメータである車両の走行速度に応じて、追随振幅特性を変化させ、その時の速度で良好な追随振幅特性となるようにする着想の下、磁気バネユニット１００のバネ定数を変更している。
【００２９】
図３において、ｍｐは舟体１０、すり板体１１、磁気バネユニット１００の付勢力伝達レバー１１０および舟体側マグネット１２０の質量の和であり、ｍ２は磁気バネユニット１００の残部（バネ下部分）及び枠体３０等の質量である。また、可変剛性機構である磁気バネユニット１００のバネ定数（剛性）をｋ１で表す。さらに、枠体３０は、静押上力Ｆｓで磁気バネユニット１００を押し上げている。ｃ１，ｃ２は減衰定数である。質点ｍｐ，ｍ２の変位をｘ１，ｘ２（上向きを正）と表し、質点ｍｐに作用するトロリ線Ｔの接触力をＦｃとおくと、図３の振動系の運動方程式は、以下の式１のように与えられる。
【数１】
2008245415.tif 000003
【００３０】
上記した式１は、以下の式２のように行列表記することができる。
【数２】
2008245415.tif 000004
【００３１】
パンタグラフがトロリ線凹凸により角周波数ωで周期的に振動していると仮定する。この振動は接触力変動によって引き起こされるものであるから、外力ベクトルは直流成分であるＦｓからの変動のみを考えればよい。しがたって、外力の変動Ｆ１を用いて、以下の式３のように表わすことができる。
【数３】
2008245415.tif 000005
また、各質点の変位は、式４のように表わすことができる。
【数４】
2008245415.tif 000006
式２に式３と式４を代入すると、以下の式５が得られる。
【数５】
2008245415.tif 000007
【００３２】
式５は接触力変動とパンタグラフの各質点変位との関係を表わしており、パンタグラフが離線しない条件は、接触力変動の大きさが静押上力Ｆｓを超えないことである。そこで、離線を生じない最大の振幅、つまり追随振幅は、式３にＦ１＝Ｆｓを代入し、式６で表わされるＸ１の絶対値を求めることによって得ることができる。
【数６】
2008245415.tif 000008
【００３３】
ここで、接触力変動の角周波数ωは、ハンガ等の凹凸波長Ｌと列車走行速度Ｖによって、式７のように表わされる。
【数７】
2008245415.tif 000009
【００３４】
図５は、磁気バネユニット１００のバネ定数（剛性）を変化させた場合の追随振幅特性の変化の一例を示すグラフである。
計算に際し、各パラメータは以下の通り設定した。
ｍ１＝１０．３（ｋｇ）
ｍ２＝１１．２（ｋｇ）
ｃ１＝５０（Ｎｓ／ｍ）
ｃ２＝８０（Ｎｓ／ｍ）
ｋ０＝１４７００（Ｎ／ｍ）
Ｆｓ＝５０（Ｎ）
Ｌ＝５（ｍ）
【００３５】
図５中の破線は、磁気バネユニット１００のバネ定数を連続的に変化させたときのピークの点の軌跡をプロットしたものである。図５からバネ定数を変化させることによって、追随振幅特性のピークが現れる列車走行速度が大きくなることがわかる。そこで、本実施形態のパンタグラフにおいては、列車走行速度の増加に応じて、磁気バネユニット１００のバネ定数を増加させる制御を行う。
【００３６】
次に、磁気バネにおける反発力及びバネ定数について説明する。
図６は、一対の磁石からなる磁気バネ要素のモデル図である。
ここで、同じ極が対面するように、初期位置（変位ｘ＝０）における間隔Ｌとして配置された上側磁石Ｍｕ、下側磁石Ｍｌの間に、磁石の間隔が変位ｘだけ変化した場合に作用する反発力Fは、以下の式８によって表される。
【数８】
2008245415.tif 000010
ここで、ｋｍは磁石の磁束密度等によって定まる定数である。これより初期位置、すなわちｘ＝０近傍で線形近似することによって得られるこの磁気バネのバネ定数は、以下の式９によって表される。
【数９】
2008245415.tif 000011
【００３７】
次に、本実施形態のように３個の磁石によって磁気バネ要素を構成した場合の反発力及びバネ定数について説明する。
図７は、３個の磁石からなる磁気バネ要素のモデル図である。
図７に示すように、初期位置において上下の磁石Ｍｕ、Ｍｌがそれぞれ中間の磁石Ｍｍから間隔Ｌだけ離間した状態で平衡しており、上下の磁石Ｍｕ、Ｍｌが固定され、中間の磁石Ｍｍはこれら上下の磁石Ｍｕ、Ｍｌに対して上下方向に相対移動可能である場合、中間の磁石Ｍｍが変位ｘだけ移動した場合の反発力Ｆは、以下の式１０によって表される。
【数１０】
2008245415.tif 000012
この場合における初期位置、すなわちｘ＝０近傍で線形近似することによって得られるこの磁気バネのバネ定数は、以下の式１１によって表される。
【数１１】
2008245415.tif 000013
【００３８】
以上のことから、本実施形態の場合には、磁気バネユニット１００のバネ定数は、中立位置における舟体側マグネット１２０からの枠体側マグネット１３０，１４０までの間隔を変更するか、又は、磁石固有の定数ｋｍを変化させることによって変更することができる。
そこで、本実施形態においては、図示しない制御装置は、列車の走行速度増加に応じてマグネット送り機構１６０のモータ１６２を駆動して、この間隔を狭くして磁気バネユニット１００のバネ定数を大きくする制御を行う。一方、車両の減速時には、制御装置は車両の走行速度低下に応じて間隔を広くし、磁気バネユニット１００のバネ定数を小さくする制御を行う。
このような間隔を変更する制御は、例えば、車速の変化に応じて連続的に行うようにしてもよく、また、段階的に行うようにしてもよい。
【００３９】
以上説明した第１の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）列車の走行速度増加に応じて、磁気バネユニット１００の枠体側マグネット１３０，１４０の舟体側マグネット１２０との間隔を狭め、バネ定数を増加させることによって、舟体１０のトロリ線Ｔへの追随振幅特性のピークを周波数が高い方向へシフトさせることができる。これによって、列車の走行速度が広範な範囲で変化した場合であっても、各速度に対応した良好な追随振幅特性を得て離線の発生を低減することができる。
（２）例えば複数の舟体を備える等、パンタグラフの構造を大きく変更する必要がないことから、パンタグラフの構造を簡素化するとともに、既存のパンタグラフにも比較的小規模の改修によって容易に適用することができる。
（３）舟体１０の付勢に上述した磁気バネユニット１００を用いることによって、マグネット送り機構１６０による各マグネットの間隔の調整によって簡単にバネ定数の変更を行うことができる。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
次に本発明を適用したパンタグラフの第２の実施形態について、図８、図９を参照しつつ説明する。以下、上述した第１の実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図８は、第２の実施形態のパンタグラフを車両の進行方向から見た模式的正面図である。
図９は、図８のIX部模式的斜視図である。
第２の実施形態のパンタグラフ２は、第１の実施形態の磁気バネユニット１００に代えて、以下説明する磁気バネユニット２００を備えている。
【００４１】
磁気バネユニット２００においては、第１の実施形態の磁気バネユニット１００におけるガイド機構１５０、マグネット送り機構１６０に代えて、以下説明するフレーム２５０、調整プレート挿入装置２６０を備えている。
【００４２】
フレーム２５０は、天井管３４の上面部から上方に突き出した柱状部２５１、及び、柱状部２５１の上端部から車幅方向内側へほぼ水平に突き出した梁部２５２を備えている。また、梁部２５２の下面部と、天井管３４の上面部とにわたして、舟体側マグネット１２０を上下方向に直進案内する円柱状のガイド軸２５３が設けられている。
【００４３】
この第２の実施形態においては、枠体側マグネット１３０は、フレーム２５０の梁部２５２の下面部に固定され、枠体側マグネット１４０は、天井管３４の上面部に固定されている。
ガイド軸２５３は、舟体側マグネット１２０、枠体側マグネット１３０，１４０に挿入されており、舟体側マグネット１２０及び付勢力伝達レバー１１０は、ガイド軸２５３に沿って上下方向に移動可能となっている。
【００４４】
調整プレート挿入装置２６０は、舟体側マグネット１２０と枠体側マグネット１３０，１４０との間に、空気とは透磁率が異なった材料からなる透磁率調整用のプレートを挿入して各マグネット間の磁束密度を変化させて反発力を調節し、磁気バネユニット２００のバネ定数を変更するものである。調整プレート挿入装置２６０は、本発明にいう磁束密度変更手段である。調整プレート挿入装置２６０は、舟体側マグネット１２０の上側、下側にプレートを挿入するためのものがそれぞれ設けられ、前者はフレーム２５０の梁部２５２の下面部に設けられ、後者は天井管３４の上面部に設けられている。
調整プレート挿入装置２６０は、例えば２枚の調整プレート２６１，２６２、回転軸２６３を備えている。
【００４５】
調整プレート２６１，２６２は、それぞれ異なった透磁率の材料によって形成され、各マグネットの間に挿入されることによってマグネット間の透磁率を変化させ、これによって各マグネット間における磁束密度を変化させるものである。調整プレート２６１，２６２は、円環状の平板の周方向における一箇所を切り欠いて略Ｃ字状に形成される。この切り欠きは、調整プレート２６１，２６２を舟体側マグネット１２０と枠体側マグネット１３０，１４０の間に挿入し、あるいは退避させる際に、ガイド軸２５３を通すためのものである。なお、調整プレート２６１，２６２が各マグネット間に挿入された状態においては、ガイド軸２５３は調整プレート２６１，２６２の中央部の開口内に収容される。
【００４６】
回転軸２６３は、フレーム２５０の梁部２５２の下面部及び天井管３４の上面部からそれぞれ鉛直方向に突き出して形成され、図示しないモータ等のアクチュエータによってその中心軸回りに回転する。このモータは、図示しない制御装置によって制御される。回転軸２６３は、外周面から外径側へ突き出したステーを介して調整プレート２６１，２６２を支持し、上述した回転をすることによって、（１）各マグネット間に調整プレート２６１を挿入し調整プレート２６２は退避した状態、（２）各マグネット間に調整プレート２６２を挿入し調整プレート２６１は退避した状態、（３）調整プレート２６１，２６２ともに各マグネット間から退避した状態とを選択可能となっている。
【００４７】
第２の実施形態において、図示しない制御装置は、列車の走行速度増加に応じてモータを制御して回転軸２６３を回転させ、舟体側マグネット１２０と枠体側マグネット１３０，１４０との間の透磁率を順次高くし、磁気バネユニット２００のバネ定数を大きくする。具体的には、車両の走行速度が低い領域においては、調整プレート２６１、２６２のうち透磁率が低いものを各マグネット間に挿入する。そして、車両の走行速度増加に応じて、先ず現在挿入されている調整プレートを退避させて透磁率が高い側の調整プレートを挿入する。さらに車両の走行速度が増加すると、調整プレート２６１，２６２をともに各マグネット間から退避させて磁気バネユニット２００のバネ定数を最大とする。
一方、車両の走行速度が低下する場合には、上述した順序と逆の順序となるように調整プレートの配置を順次切り換え、磁気バネユニット２００のバネ定数を段階的に低下させる。
以上説明した第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
（他の実施の形態）
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
（１）パンタグラフ、磁気バネユニットの形状や構成は上述した各実施形態に限定されず、適宜変更することができる。例えば、パンタグラフは、舟体に対して相対移動可能な可動式すり板を備えたものであってもよい。この場合、舟体とすり板との間に可変磁気バネ要素を設けるとよい。また、可変磁気バネ要素は、磁石として永久磁石に限らず電磁石を用いてもよい。この場合、電磁石のコイルに通電される電力量を制御することによって、可変磁気バネ要素のバネ定数を変更することができる。
（２）上述した各実施形態は、車両の走行速度に応じて可変磁気バネ要素のバネ定数を変更しているが、例えば車両の走行速度が一定であっても、ハンガ間隔等の違いによって集電摺動部が加振される周波数が変わる場合には、加振周波数に応じてバネ定数を変更してもよい。
（３）第２の実施形態において、透磁率調整部材（プレート）の駆動手段を適宜変更し、複数の透磁率調整部材を同時にマグネット間に挿入するようにしてもよい。また、透磁率調整部材の数も特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を適用したパンタグラフの第１の実施形態を車両進行方向から見た模式的正面図である。
【図２】図１のパンタグラフに備えられる磁気バネユニットの模式的斜視図である。
【図３】パンタグラフの追随振幅特性の評価に用いられるバネ−質点モデルを示す図である。
【図４】パンタグラフの追随振幅特性の一例を示すグラフである。
【図５】パンタグラフの磁気バネユニットのバネ定数を変化させた場合の追随振幅特性の変化の一例を示すグラフである。
【図６】一対の磁石からなる磁気バネ要素のモデル図である。
【図７】３個の磁石からなる磁気バネ要素のモデル図である。
【図８】本発明を適用したパンタグラフの第２の実施形態を車両進行方向から見た模式的正面図である。
【図９】図８のパンタグラフに備えられる磁気バネユニットの模式的斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    パンタグラフ
１０    舟体
１１    すり板体
１２    接続ステー
２０    台枠
２１    碍子
３０    枠体
３１    上枠
３２    下枠
３３    ヒンジ
３４    天井管
１００    磁気バネユニット
１１０    付勢力伝達レバー
１２０    舟体側マグネット
１３０，１４０    枠体側マグネット
１５０    ガイド機構
１６０    マグネット送り機構
【図１】
2008245415.tif 000014
【図２】
2008245415.tif 000015
【図３】
2008245415.tif 000016
【図４】
2008245415.tif 000017
【図５】
2008245415.tif 000018
【図６】
2008245415.tif 000019
【図７】
2008245415.tif 000020
【図８】
2008245415.tif 000021
【図９】
2008245415.tif 000022