(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用パンタグラフの集電舟の上下方向の加速度信号と、集電舟と舟支え間に作用する上下方向荷重の信号を演算することで、トロリー線と集電舟との間の接触力を測定するパンタグラフ接触力測定装置であって、
集電舟内部に設けられ、集電舟の上下方向の加速度を検出するための加速度計と、
舟支え内に組み込まれたコイルバネに設けられ、該コイルバネの接線方向に対して、４５°の方向に交差させて２個貼り付けられた該コイルバネの歪みを測定する歪みゲージと、
上記歪みゲージにより測定された歪みと、上記加速度計により測定された加速度が入力され、
上記歪みゲージにより測定された歪みと、あらかじめ求められた歪みと荷重の関係から集電舟と舟支え間に作用する上下方向荷重を求め、該上下方向の荷重と、上記加速度計により測定された加速度からパンタグラフの接触力を求める演算器とを備えた
ことを特徴とするパンタグラフ接触力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用パンタグラフの集電舟とトロリー線との間の接触力を測定するためのパンタグラフの接触力測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、パンタグラフの作用を説明するパンタグラフ全体の機構図、図５は舟および舟支え部の断面図である。
図４、図５において、１は集電舟、２は舟支え、２ａはコイルバネ、２ｂは舟支えシャフト、２ｃは舟支えガイド、５は上枠、６は下枠、７はバランスロッド、８は釣合棒、９は台枠、１０は碍子である。また、１１は車体、１２はトロリー線である。
集電時には、台枠９内部にある主バネ（図示せず）の張力が、上枠５、下枠６、バランスロッド７、釣合棒８のリンク機構により、上枠５上部の舟支え２を介して集電舟１がトロリー線１２に一定の押上力を与えられる。
舟支え２には、トロリー線１２への追従性を良くするために、コイルバネ２ａが組み込まれている。
【０００３】
図６は従来の接触力測定方法の説明図である。図６において、３，３’は加速度計、４ａ、４ｂは信号線、１３はロードセルである。集電舟１内部に取り付けた加速度計３，３’により集電舟１の上下方向の加速度を測定する。
ロードセル１３は、舟支え２内のコイルバネ２ａの下に取り付けられ、集電舟１と舟支え２間に作用する上下方向荷重を測定する。この加速度信号と荷重信号を車体に取り付けた演算器２０に送り、集電舟１とトロリー線１２の間の接触力を演算する。
図７は従来の他の接触力測定方法の説明図である。図７において、３，３’は加速度計、４ａ、４ｂは信号線、１５は変位計、１６は変位計取付台である。
集電舟１内部に取り付けた加速度計３，３’により集電舟１の上下方向の加速度を測定する。変位計１５は、集電舟１と舟支え２の間に取り付けられ、集電舟１と舟支え２間の上下方向の変位を測定する。
この加速度信号と変位信号を車体に取り付けた演算器２０に送り、変位信号は、コイルバネの変位と荷重の関係から集電舟と舟支え間に作用する上下方向荷重に換算したうえで、集電舟１とトロリー線１２の間の接触力を演算する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す従来の接触力測定方式では、ロードセル１３を舟支え２内に組み込む必要があるため、舟支え２は専用設計となって舟支え全体が大きくなり質量も増える。
このため、パンタグラフの空力特性や追従特性に影響し、測定しようとする本来のパンタグラフの接触力と異なったデータとなってしまう。
また、図７に示す従来の接触力測定方式では、変位計１５が舟支え２の外部に取り付くため、やはり、パンタグラフの空力特性や追従特性に影響し、測定しようとする本来のパンタグラフの接触力と異なったデータとなってしまう。
さらに、どちらの従来方式も舟支え部の構造が複雑になり、信頼性が低下しコストも高いものになってしまう。
本発明は、このような従来の技術の問題点を解消し、パンタグラフの本来の性能に影響を与えることなく、精度のよい接触力測定データを得ることができ、信頼性が高くコストも低い接触力測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては、集電舟の上下方向の加速度を検出するため集電舟内部に加速度計を設け、また、集電舟と舟支え間に作用する上下方向荷重を検出するため、舟支え内に組み込まれたコイルバネに歪みゲージを貼り付け、歪みを測定する。上記歪ゲージは、コイルバネの接線方向に対して、４５°の方向に交差させて２個貼り付ける。
そして、上記歪みゲージにより測定された歪みと上記加速度計により測定された加速度とを演算器に入力する。演算器は、上記歪みゲージにより測定された歪みと、あらかじめ求められた歪みと荷重の関係から集電舟と舟支え間に作用する上下方向荷重を求め、該上下方向の荷重と、上記加速度計により測定された加速度からパンタグラフの接触力を求める。
本発明においては、上記のように、舟支え内に組み込まれたコイルバネに歪みゲージを設けて、集電舟と舟支え間に作用する上下方向荷重を求めているので、パンタグラフの舟支えの形状、質量にほとんど変更がない。
このため、パンタグラフの空力特性、追従特性への影響が無く、測定しようとするパンタグラフ本来の接触力データを得ることが出来る。また、構造が簡単なため、信頼性が高く低コストとすることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例の接触力測定装置の構成を示す図である。
図１において、前記図４に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、１は集電舟、２ａは舟支え内に設けられたコイルバネ、２ｂは舟支えシャフト、２ｃは舟支えガイド、３，３’は集電舟内部に設けられた加速度計、４ａ，４ｂは信号線、２０は演算器である。
図２は歪みゲージを取り付けた舟支え２内部のコイルバネ２ａの断面図、図３は歪みゲージをコイルバネ２ａに貼り付けた状態を示す図である。
歪みゲージ２ｄは、コイルバネ２ａに作用するせん断応力が測定出来るように、図３に示すように、コイルバネ２ａの接線方向に対して４５°の方向に交差させて２個貼り付け、さらに、コイルバネ２ａ上の２箇所に取り付ける。
歪みゲージ２ｄは、舟支えシャフト２ｂと接触破損を避けるために、図２、図３に示すようにコイルバネ間のバネ上に貼り付けるのが望ましい。また、ノイズ等の影響を避けるためにコイルバネ近傍でホィートストン・ブリッジ結線し歪みを測定する。
【０００７】
上記歪みゲージ２ｄの出力は、図１に示すように信号線４ｂを介して演算器２０に入力される。また、集電舟内部に設けられた加速度計３，３’により測定された集電舟の加速度ω１，ω２は信号線４ａを介して演算器２０に入力される。
トロリー線１２から受けた力は集電舟１を介してコイルバネ２ａに伝わり、コイルバネ２ａは荷重を受けて変位する。したがって、コイルバネ２ａに歪みゲージ２ｄを貼り付け、その歪を測定することにより、コイルバネ２ａが受ける荷重を求めることができる。
演算器２０は、上記歪みゲージ２ｄが出力する歪み量と、予め求めた歪みゲージの歪み量と荷重の関係から集電舟と舟支え間に作用する上下方向荷重ｆを求める。
そして、トロリー線とパンタグラフの接触力Ｆを、上記集電舟と舟支え間に作用する上下方向荷重ｆと、集電舟体の加速度ω１，ω２と、集電舟体の質量ｍから次の式により求める。
Ｆ＝ｆ＋ｍ（Ｗ１・ω１＋Ｗ２・ω２）
ここで、Ｗ１，Ｗ２は、加速度計３，３’により測定された加速度ω１，ω２に対する重み係数である。
【０００８】
図１と前記図５を比較すると明らかなように、本実施例においては、既設のパンタグラフに対して追加改造されている部分が殆どない。このため、パンタグラフの空力特性、追従特性への影響が出ない。なお、演算器２０に信号を送る信号線４ｂは、集電舟１または舟支え２に貫通穴を設けて内部から引き出すので、パンタグラフの追従性に影響を与える程度ではない。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により以下の効果を得ることができる。
（１）舟支え内に組み込まれたコイルバネに歪みゲージを設けて、集電舟と舟支え間に作用する上下方向荷重を求めているので、パンタグラフの舟支えの形状、質量にほとんど変更がない。したがって、パンタグラフの空力特性、追従特性への影響が無く、測定しようとするパンタグラフ本来の接触力データを得ることが出来る。
（２）構造が簡単で信頼性が高く、また、安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のパンタグラフ接触力測定装置の構成を示す図である。
【図２】コイルバネの断面図である。
【図３】図２の断面図のＡ−Ａの矢視図である。
【図４】従来から使用されているパンタグラフの機構図である。
【図５】従来から使用されている舟および舟支えの断面図である。
【図６】ロードセルを用いた従来の接触力測定装置の説明図である。
【図７】変位計を用いた従来の接触力測定装置の説明図である。
【符号の説明】
１      集電舟
２      舟支え
２ａ    コイルバネ
２ｂ    舟支えシャフト
２ｃ    舟支えガイド
２ｄ    歪みゲージ
３，３’加速度計
４ａ    信号線
４ｂ    信号線
５      上枠
６      下枠
７      バランスロッド
８      釣合棒
９      台枠
１０    碍子
１１    車体
１２    トロリー線
１３    ロードセル
１４    ロードセル取付台
１５    変位計
１６    変位計取付台
２０    演算器
【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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