(57)【要約】【課題】相対的に移動する導体とこれに接触せしめて集給電する集給電端子とから構成される集給電装置における、より安定した、耐摩耗性のある集給電方法。【解決手段】電車１のパンタグラフ４の上部に設けた集電端子６から架線８の電流を集電する方法において、上記集電端子６に近接した箇所に、上記架線８に対向する振動子１０を突出自在に設け、当該振動子１０を微振動させて、上記架線８と接触、非接触を繰り返して上記架線８を微振動させ、上記架線８と集電端子６とを常時非接触で近接させて、上記架線８の表層から集給電する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に移動する導体とこれに接触せしめて集給電する集給電端子とから構成される集給電装置において、上記導体に対向させて集給電端子を設け、当該集給電端子に近接した箇所に、上記導体に対向する振動子を設け、当該振動子を微振動させて、上記導体と接触、非接触を繰り返して上記導体又は集給電端子を微振動させ、上記導体と集給電端子とを常時非接触で近接させて、上記導体の表層から集給電することを特徴とする、表層集電方法。
【請求項２】
上記振動子が上記集給電端子の移動する前後に２個設けられ、一方の振動子に対し、他方の振動子の振動波の位相を９０度ずらして振動させることを特徴とする、請求項１に記載の表層集給電方法。
【請求項３】
相対的に移動する導体とこれに接触せしめて集給電する集給電端子とから構成される集給電装置において、上記導体に対向させて集給電端子を設け、当該集給電端子に近接した箇所に、上記導体に対向する振動子を設け、当該振動子を微振動させて、上記導体と接触、非接触を繰り返して上記導体又は集給電端子を微振動させ、上記導体と集給電端子とを常時非接触で近接させて、上記導体の表層から集給電することを特徴とする、表層集電装置。
【請求項４】
上記振動子が上記集給電端子の移動する前後に２個設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の表層集給電装置。
【請求項５】
上記集給電端子を上記導体の移動する前後に間隔をあけて２個設け、これらの間に上記振動子を設けた特徴とする、請求項３に記載の表層集給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電車等のパンタグラフの集電やモータや発電機等の回転体からの集電等、どちらか一方が移動又は回転する導体又は端子から集電又は給電する、表層集電方法又はその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電車等のパンタグラフやモータの整流子の電極等は耐磨耗性の導電体を接触子として常に他の充電導体又は導体に圧接し乍ら相対的に移動しつつ集電又は給電している。
【０００３】
しかしながら、上記接触端子又は導体が高速の移動体、例えば時速１５０ｋｍ以上の場合、これらの接触子及び充電導体の磨耗が非常に激しい。これはこれらの間の摩擦熱や放電等による溶融等によってすぐに磨耗する。耐熱耐磨耗性のセラミックス導電体から成る接触端子でも３４０ｋｍ／時が限度とされている。従って、これらの導体又は接触端子の材質の耐磨耗性の改善にも限界がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、電気の集電又は給電方法として常に接触していなければ集給電できないという考え方ではなく、電力が電気力線と磁界との直交した形で移動している様に考えた場合、電力は固定した導体に電圧を与えて、当該導体に沿って移動する接触端子により集電又は給電するに際し、この接触子に微振動を与えて、固定した導体との接触、非接触とを繰り返しても集電又は給電が可能である。しかもこの接触は点接触となり摩擦抵抗が低減する、との観点から、相対的に移動する導体とこれに接触せしめて集給電する集給電端子とから構成される集給電装置において、上記導体との接触を断続的にするよう上記集給電端子を微振動させる振動装置を有する振動式集給電装置を開発した。
【０００５】
【特許文献１】特許第２７５０３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これは集給電端子そのものを振動させるため、振動装置の振動パワーを極めて大きくしなければならない。また、導体と集給電端子とは、接触、非接触を繰り返すため、集給電端子に上記導体との接触摩擦による磨耗が生じるおそれがある。また、集給電端子が振動しながら集給電するため、集給電が不安定となるおそれがある。また、上記電車のパンタグラフや電動機等のブラシは耐摩耗性材料が開発されているが、電車の架線や電動機の整流子は銅やその合金でできているため、柔らかく磨耗し易い。耐摩耗性がないのが現状である。
【０００７】
そこで、この発明は、相対的に移動する導体とこれに接触せしめて集給電する集給電端子とから構成される集給電装置において、集給電端子は振動させず、当該集給電端子に近接した箇所に別途振動子を設け、この振動子により上記導体又は集給電端子を微振動させて常時導体と集給電端子とを非接触で近接させ、上記導体の表層から集給電することにより、耐摩耗性を有する、安定した集給電が可能な集給電方法及びその装置を提供し、上記課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、相対的に移動する導体とこれに接触せしめて集給電する集給電端子とから構成される集給電装置において、上記導体に対向させて集給電端子を設け、当該集給電端子に近接した箇所に、上記導体に対向する振動子を設け、当該振動子を微振動させて、上記導体と接触、非接触を繰り返して上記導体又は集給電端子を微振動させ、上記導体と集給電端子とを常時非接触で近接させて、上記導体の表層から集給電することを特徴とする、表層集電方法とした。
【０００９】
請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、上記振動子が上記集給電端子の移動する前後に２個設けられ、一方の振動子に対し、他方の振動子の振動波の位相を９０度ずらして振動させることを特徴とする、表層集給電方法とした。
【００１０】
請求項３の発明は、相対的に移動する導体とこれに接触せしめて集給電する集給電端子とから構成される集給電装置において、上記導体に対向させて集給電端子を設け、当該集給電端子に近接した箇所に、上記導体に対向する振動子を設け、当該振動子を微振動させて、上記導体と接触、非接触を繰り返して上記導体又は集給電端子を微振動させ、上記導体と集給電端子とを常時非接触で近接させて、上記導体の表層から集給電することを特徴とする、表層集電装置とした。
【００１１】
請求項４の発明は、上記請求項３の発明において、上記振動子が上記集給電端子の移動する前後に２個設けられていることを特徴とする、表層集給電装置とした。また、請求項５の発明は上記請求項３の発明において、上記集給電端子を上記導体の移動する前後に間隔をあけて２個設け、これらの間に上記振動子を設けた特徴とする、表層集給電装置とした。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１乃至５の各発明によれば、相対的に移動する導体と集給電端子とを常時非接触で近接させて、当該導体の表層から電力を集給電するため、集給電端子は、上記導体と接触せず、摩擦抵抗がなく、磨耗せず、耐久性を有する。また、振動子は上記導体と接触、非接触を繰り返すので、断続的な点接触となり、接触摩擦により抵抗は極めて少ない。従って、この集給電装置を、電車のパンタグタフに応用すれば、架線とパンタグラフとの接触抵抗が極めて少なく、摩擦熱による融着や溶断（切れ）が生じにくく、火花放電もない。また、特に高速走行時の集電による騒音がない。従って、超高速化が可能である。
【００１３】
また、特に請求項２項の発明によれば、集給電端子の移動する前後に振動子を２個設け、これらの振動子相互の振動波の位相を９０度ずらして振動させため、集給電端子は、導体に対して、振動波の波高の１／２の間隙を維持でき、より確実に上記導体の表層から集給電できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
相対的に移動する導体とこれに接触せしめて集給電する集給電端子とから構成される集給電装置において、上記導体に対向させて集給電端子を設け、当該集給電端子に近接した箇所であって、上記導体の移動する前方及び後方に、上記導体に対向する振動子を設け、当該振動子を微振動させて、上記導体と接触、非接触を繰り返して上記導体又は集給電端子を微振動させ、上記導体と集給電端子とを常時非接触で近接させて、上記導体の表層から集給電する方法とした。
【実施例１】
【００１５】
以下、この発明の実施例１を図に基づいて説明する。
電車１の屋根１ａに設けた台座２の上に、折曲自在な脚３を回転自在に設けたパンタグラフ４を設け、このパンタグラフ４の頂部に絶縁台座５を設け、この絶縁台座５の上に、上面に集電端子６を有する集電体７を固定して設け、この集電端子６を架線８に対向させている。また、この集電体７の、パンタグラフ４の移動方向の前後の絶縁台座５の上に、振動装置９、９を設ける。これらの各振動装置９には、上方に突出自在な振動子１０を夫々設けている。なお、この振動子１０は上下左右、適宜の方向の振動でもよい。また、上記屋根１ａには、上記パンタグラフ４に近接して上記集電端子とリード線等で電気的に接続された集電装置１１を設け、また、上記振動装置９の発振器１２を設けている。
【００１６】
この実施例１において、上記発振器１２により各振動装置９の各振動子１０が上下に微振動し、これにより架線８は当該付近が微振動する。従って、図２に示すように、架線８は集電端子６と近接しているが、集電端子６から常時非接触となる。このような状態で、架線８の表層の電流を集電端子６はとらえ、集電する。
【００１７】
このように架線８と集電端子６とが近接した状態で、離れていても、例えば、架線８に２万ボルトの電圧を与えている場合、パッシェン則により、上記架線８と集電端子６との間を６ｍｍ以下に保持しておけば、放電しない。上記振動子の振動周波数は約４０ｋＨｚ以上乃至は超音波振動が好ましいが、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚが実用可能である。また、周波数約４０ｋＨｚの振動を与えれば、架線８と集電端子６とは常時１０μｍ以下となり、放電は生じない。また、上記振動子の振動周波数は移動物体の移動速度が速ければ、高周波乃至超音波振動が必要となり、移動速度が遅ければ振動周波数は小さくて良い。
【００１８】
また、上記実施例１において、図１の左側の振動子１０と右側の振動子１０とを、振動波の位相を９０度ずらして振動させると、左右の振動波の合成成分は図３の振動波ｈの１／２の波高となり、架線８と振動子１０の間隙は極めて小さくなり、より確実に放電を阻止でき、かつより確実に架線８の表層から集電できる。上記の振動周波数が約４０ｋＨｚ以上であれば、約５μｍ以下となる。また、振動子１０、１０の振動の伝達スピードは、周波数によって異なるが、一般的に２〜３ｋｍ／ｓ（時速４００ｋｍの場合、１１０ｍ／ｓ）であり、振動は架線８に十分に伝達される。
【実施例２】
【００１９】
次に、この発明の実施例２を図４に基づき説明する。
この実施例２の集電装置は、上記実施例１のものとほぼ同じである。この実施例２では、パンタグラフ４の絶縁台座５の上に、振動子１０を有する振動装置９を設け、当該パンタグラフ４の移動方向の前後に、上記集電体７を設けている。他の構成は上記実施例１とほぼ同じであるので説明を省略する。
【００２０】
この実施例２の場合も、一つの振動子１０により架線８を振動させる。従って架線８と集電端子６とは、一定間隔を保ちながら接触せず、上記実施例１と同様に架線８の表層から集電できる。
【実施例３】
【００２１】
図５及び６は、この発明の実施例３を示し、この発明を電動機の整流子に応用した場合である。これは、給電端子１５、１５を電機子１６の整流子１７の両側に対向して設け、各給電端子１５の両側に振動子１８、１８を設けたものである。この場合、給電端子１５，１５は直接振動せず、両側の振動子１８のみが振動して、整流子１７の一部にその振動波が伝わり、上記各給電端子１５は整流子１７に常時近接しているが非接触状態を維持し、給電端子１５の表層から整流子１７に給電する。
【実施例４】
【００２２】
図７及び８は、この発明の実施例４を示し、回転体から集電又は回転体に給電するものである。これは、図示の様に、軸２０を中心に回転する回転体２１の一側面に、外周に沿って導電部２１ａ及び絶縁部２１ｂを交互に設け、この一側面に対向するように、集給電端子２２及びこの両側に振動子２３、２３を有する集給電振動体２４を設けたものである。なお、図７では集給電振動体２４を引き出し線で円内に拡大表示した。
【００２３】
この実施例４の場合も、集給電振動体２４の振動子２３、２３が振動し、集給電端子２２は回転体２１の一面に、接触せずに近接して、回転体２１の導電部２１ａから集電又は給電する。この場合、図９に示すようにパルス波（ｔ１〜ｔｎ）として集電又は給電する。このパルス波（ｔ１〜ｔｎ）は、回転体２１の回転数と導電部２１ａの幅や、数等によりその振幅幅や高さが変化する。また、同回転数では、集給電振動体２４の位置が回転体２１の中心部に近づくに従って、パルス幅（横幅）は小さくなる。この様にパルス波を変化させて整流作用やインバータ等へも応用できる。また、集給電振動体２４の集給電端子２２の先端を針状とすれば、無振動でも集電できるが、集給電の容量は小さい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施例１の正面図である。
【図２】この発明の実施例１の要部拡大図である。
【図３】この発明の実施例１を使用した場合、間隙が振動波ｈの１／２の波高幅となることを示す原理図である。
【図４】この発明の実施例２の正面図である。
【図５】この発明の実施例３の正面図である。
【図６】この発明の実施例３の側面図である。
【図７】この発明の実施例４の正面図である。
【図８】この発明の実施例４の側面図である。
【図９】この発明の実施例４の集給電のパルス波形を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    電車                    ２    台座  
４    パンタグラフ            ５    絶縁台座              
６    集電端子                ７    集電体
８    架線                    ９    振動装置
１０    振動子
１５    給電端子              １６    電機子
１７    整流子                １８    振動子
２０    軸                    ２１    回転体
２２    集給電端子            ２３    振動子
２４    集給電振動体  
【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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