JP2001018692A - パンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置 - Google Patents
パンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置Info
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- JP2001018692A JP2001018692A JP11191611A JP19161199A JP2001018692A JP 2001018692 A JP2001018692 A JP 2001018692A JP 11191611 A JP11191611 A JP 11191611A JP 19161199 A JP19161199 A JP 19161199A JP 2001018692 A JP2001018692 A JP 2001018692A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 パンタグラフ１０の舟体１２には、３個
の加速度計３５が取り付けられている。３個の加速度計
３５により舟体１２の曲げ１次振動モードが把握され
る。このようにして振動モードを把握した上で、パンタ
グラフ１０の舟体１２の慣性力Ｆinaを求める。そし
て、別途求めた舟体１２にかかっている力から慣性力Ｆ
inaを差し引きすることにより、トロリ線９とパンタグ
ラフ１０との間に作用する接触力を求める。
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。 【解決手段】 パンタグラフ１０の舟体１２には、３個
の加速度計３５が取り付けられている。３個の加速度計
３５により舟体１２の曲げ１次振動モードが把握され
る。このようにして振動モードを把握した上で、パンタ
グラフ１０の舟体１２の慣性力Ｆinaを求める。そし
て、別途求めた舟体１２にかかっている力から慣性力Ｆ
inaを差し引きすることにより、トロリ線９とパンタグ
ラフ１０との間に作用する接触力を求める。
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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．１２
７〜１３０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。
大会講演論文集Ｎｏ．９６−５１、１１１５、ｐ．１２
７〜１３０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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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１
０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４０
ｍｍ、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。
０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４０
ｍｍ、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２
２は、舟体１２底面から下方に垂下している。ロッド２
２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。
に示すように、ロッド２２が固定されている。ロッド２
２は、舟体１２底面から下方に垂下している。ロッド２
２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２
６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。
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２
６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。
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１
２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。
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１
２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。
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。
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。
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１
２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。
２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；
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】
【００２８】したがって、接触力Ｆｃは、
【数２】 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３
１により歪みを計測することにより得られる。慣性力Ｆ
inaは、加速度計による計測結果から求めることができ
る。
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３
１により歪みを計測することにより得られる。慣性力Ｆ
ina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、ｌ
Ｂ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、
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、ｌ
Ｂ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】 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。
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】
【００３１】そして、「数３」と「数４」を等しいとお
くと、以下が成り立つ。
くと、以下が成り立つ。
【数５】
【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。
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。
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、１２
Ｂ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、Ｆi na,2の
補正は次式により行う；
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、１２
Ｂ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、Ｆi na,2の
補正は次式により行う；
【数６】
【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；
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】 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３５
ｅ、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。
速度計３５ｃ、３５ｄ；舟体１２Ｂでは加速度計３５
ｅ、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；
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】 したがって、
【数９】 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０．７
５Ｈｚ（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。
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０．７
５Ｈｚ（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。
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、３５
ｆ）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。
３５ｃ、３５ｄ；舟体１２Ｂでは加速度計３５ｅ、３５
ｆ）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。
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。
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Ｆin aを精度良く推定すること
ができる。
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Ｆin a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。
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。
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。
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。
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１
５は、舟体４３の上端部と天井管１９間に２個介在され
ている。
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１
５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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
る。
【図１２】本発明の接触力の測定結果を示すグラフであ
る。
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１
３（Ｂ）は同側面図である。
気鉄道のパンタグラフを示す模式的正面図であり、図１
３（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。
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。
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。
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。
グラフを示す模式的正面図である。
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
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
Claims (6)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19161199A JP3618062B2 (ja) | 1999-07-06 | 1999-07-06 | パンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置 |
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|---|---|---|---|
| JP19161199A JP3618062B2 (ja) | 1999-07-06 | 1999-07-06 | パンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001018692A true JP2001018692A (ja) | 2001-01-23 |
| JP3618062B2 JP3618062B2 (ja) | 2005-02-09 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP19161199A Expired - Fee Related JP3618062B2 (ja) | 1999-07-06 | 1999-07-06 | パンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002328063A (ja) * | 2001-05-01 | 2002-11-15 | East Japan Railway Co | パンタグラフ接触力測定装置 |
| KR100404920B1 (ko) * | 2001-06-02 | 2003-11-07 | 한국철도기술연구원 | 전동열차 집전 장치와 전차선의 접촉력 측정방법 및 그 장치 |
| EP1759914A1 (de) | 2005-09-05 | 2007-03-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Zustandserfassung eines Stromabnehmers |
| EP1792769A1 (fr) * | 2005-12-01 | 2007-06-06 | Société Nationale des Chemins de Fer Français | Pantographe de machine de traction ferroviaire et capteur pour le contrôle de la qualité de captage du courant par le pantographe |
| CN100429494C (zh) * | 2004-10-10 | 2008-10-29 | 中南大学 | Dsa系列受电弓专用力传感器 |
| EP1975584A3 (de) * | 2007-03-29 | 2010-06-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Kraftmesszelle, Kontaktkraftmesseinrichtung und Verfahren zur Messung einer Kontaktkraft zwischen einem Stromabnehmer und einer Stromleitung |
| KR101169341B1 (ko) * | 2010-12-28 | 2012-08-03 | 한국철도기술연구원 | 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템 |
| KR101271445B1 (ko) | 2011-12-15 | 2013-06-05 | 한국철도기술연구원 | 전기철도 차량 집전장치 접촉력 측정 센서 |
| WO2017145750A1 (ja) * | 2016-02-24 | 2017-08-31 | 東日本旅客鉄道株式会社 | 集電装置の検査方法及び検査システム |
| CN107117037A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-09-01 | 西南交通大学 | 弓网接触力杆式压力传感器及其测量弓网接触力的方法 |
| CN107640035A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-01-30 | 江苏洪昌科技股份有限公司 | 一种单臂受电弓用平衡机构 |
| JP7400609B2 (ja) | 2020-04-17 | 2023-12-19 | 富士電機株式会社 | 状態監視装置 |
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| JP7194131B2 (ja) | 2020-02-07 | 2022-12-21 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 接触力測定方法、及び、集電装置 |
-
1999
- 1999-07-06 JP JP19161199A patent/JP3618062B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| FR2894191A1 (fr) * | 2005-12-01 | 2007-06-08 | Sncf | Pantographe de machine de traction ferroviaire et capteur pour le controle de la qualite de captage du courant par le pantographe |
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| KR101169341B1 (ko) * | 2010-12-28 | 2012-08-03 | 한국철도기술연구원 | 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템 |
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| WO2017145750A1 (ja) * | 2016-02-24 | 2017-08-31 | 東日本旅客鉄道株式会社 | 集電装置の検査方法及び検査システム |
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