JP2007068241A - 低床ｌｒｖ用低電圧高電流レール集電用接触子 - Google Patents

Abstract

【課題】停車中に大電流通電が可能な停車専用集電接触子を有する低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子を提供する。
【解決手段】低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、主要機器を車上に搭載した低床ＬＲＶ２の台車枠の中央部の下部に昇降自在に配置される広い接触面を有するレール集電用接触子４と、低床ＬＲＶ２の停車時に前記レール集電用接触子４を下降させてレールに前記広い接触面を接触させ、許容集電電流を増大させ、大容量バッテリーへの大電流短時間充電を可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子（短時間充電用レール集電器）に関するものである。

現在開発中であるバッテリ式低床ＬＲＶ（Ｌｉｇｈｔ Ｒａｉｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）は、運行中の停車時間内に時折急速充電を行う必要がある。ここで、専用の充電設備を高電圧化して構築すれば、大電流の充電が可能であり、給電設備（架線やレール）との接触子構造も簡便にすることができるが、地上設備が高価となったり、絶縁離隔等で設置上の制約が生ずるといった問題がある。

一方、直流６００ボルト程度の低電圧給電設備とした場合には、地上設備は簡易になり、路面電化区間の電化設備等とも共通性が得られる面があるが、地上設備と車両間で停車時に短時間に高電流授受を行う必要が生ずる。

通常の電化区間列車の集電系は、走行中集電が普通であって、このような停車中の短時間大電流集電というものはあまり例がなく、かかる停車中の短時間大電流集電を行おうとすると、マイナス帰線接地側となる車輪レールの点接触部位が溶着（スポット溶接に近い）したり、車両軸受けの電食発熱や溶着が発生することも懸念される。
なし

そこで、停車中に大電流通電が可能な停車専用集電接触子を車上側に装着し、これをレールに接触させて通電を行わせる構造が必要となった。

本発明は、上記状況に鑑みて、停車中に大電流通電が可能な停車専用集電接触子を有する低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、主要機器を車上に搭載した低床ＬＲＶの台車枠の中央部の下部に昇降自在に配置される広い接触面を有するレール集電用接触子と、低床ＬＲＶの停車時に前記レール集電用接触子を下降させてレールに前記広い接触面を接触させ、許容集電電流を増大させ、大容量バッテリーへの大電流短時間充電を可能にすることを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子がレール面へ接触した後、このレール集電用接触子をレール面へ押し付ける機構を備えることを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子は、銅系材料からなることを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子は、カーボン系材料からなることを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子は、導電接触面材料に銅系焼結合金、鋳鉄、カーボン系の導電材を用い、摩擦材としてＳｉＣを用い、前記導電材と前記摩擦材が交互に配置されて接触面を構成することを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕から〔５〕の何れか一項記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子の許容通電電流が少なくとも１０００Ａであることを特徴とする。

〔７〕上記〔１〕から〔５〕の何れか一項記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子を電磁石化してレールに吸着可能にし、低床ＬＲＶの横方向からの外力に対して横転を防止する機能を有することを特徴とする。

〔８〕上記〔７〕記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記低床ＬＲＶが傾斜する曲線区間で作動させることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

（１）低床ＬＲＶの停車中に大容量バッテリーへの大電流の急速充電を行うことができる。

（２）集電用接触子は、大電流の急速充電のみならず、低床ＬＲＶの高速走行からの緊急レールブレーキとしても動作可能である。

（３）カント曲線部などに低床ＬＲＶが傾斜した状態になる区間に停車しても安定な状態を保つことができ、走行安全性の向上を図ることができる。

本発明の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子は、主要機器を車上に搭載した低床ＬＲＶの台車枠の中央部の下部に昇降自在に配置される広い接触面を有するレール集電用接触子と、低床ＬＲＶの停車時に前記レール集電用接触子を下降させてレールに前記広い接触面を接触させ、許容集電電流を増大させ、大容量バッテリーへの大電流短時間充電を可能にすることを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す低床ＬＲＶの全体の側面構成図、図２はその低床ＬＲＶの正面図、図３はその低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子の模式図、図４はその低床ＬＲＶへの給電を行うための停留所における短区間の充電用架線例を示す図である。

これらの図において、１はレール、２は低床ＬＲＶ、３は台車、４はその台車枠の中央部の下部に昇降自在に配置される広い接触面（銅系材料の場合略５００ｍｍ² 以上、カーボン系材料の場合略５０００ｍｍ² ）を有するレール集電用接触子、５は低床ＬＲＶ２の車上に搭載される静止型補助電源、６は低床ＬＲＶ２の車上に搭載される空調ユニット、７は低床ＬＲＶ２の車上に搭載されるパンタグラフ、８は低床ＬＲＶ２の車上に搭載される架線ハイブリッド充電器一体型インバータ、９は放熱装置付き大容量バッテリー（リチウムイオンバッテリー）１０の収納部である。なお、レール集電用接触子４の材料としては、銅系材料又はカーボン系材料が用いられる。特に、導電接触面材料に銅系焼結合金、鋳鉄、カーボン系の導電材を用い、摩擦材としてＳｉＣを用い、前記導電材と前記摩擦材が交互に配置されて接触面を構成することが望ましい。

そこで、台車３の台車枠の中央部の下部に昇降自在に配置される、広い接触面を有するレール集電用接触子４について図３を参照しながら詳細に説明する。

図３において、台車３の台車枠３Ａはバネ３Ｂを介して車輪３Ｃの車軸３Ｄに連係されるとともに、台車枠３Ａから車輪３Ｃに摺接するように配置される集電ブラシ３Ｅが設けられている。本発明では、さらに、台車３の台車枠３Ａの中央の下部に、レール集電用接触子４を支持し、上下に駆動を可能にするための、バネ１５やアクチュエータ１４からなる支持装置１１が配置され、その支持装置１１の下部に昇降自在に配置される広い接触面を有するレール集電用接触子４が設けられるように構成されている。このレール集電用接触子４の材料はカーボンなどの導電部材からなっている。このレール集電用接触子４からのリード線１２が直接大容量バッテリー１０の負極端子に接続されて、低床ＬＲＶ２の停車中に大容量バッテリー１０への充電を行う必要がある場合には、支持装置１１により、レール集電用接触子４を下降させて、大電流（少なくとも１０００Ａ，７５０Ｖ）の急速充電を可能にする。

図４に示すように、例えば、停留所２１にはその屋根２２に短区間の充電用架線２３が配置されており、この充電用架線２３に低床ＬＲＶ２のパンタグラフ７を接触させるとともに、電源１３に接続されたアクチュエータ１４を動作させてレール集電用接触子４を下降させ、レール１に広い面積で接触させ、大電流通電の帰線を確保することにより、大電流の通電による大容量バッテリー１０の充電を短時間で行うことができる。なお、パンタグラフによる給電方式は、種々の方式を用いることができ、図４ではその一例を示しているに過ぎない。

なお、アクチュエータ１４は、指令により電源１３からの電力によって得た動力で、レール集電用接触子４をレール面上に押付けたり、上昇指令によって同じく電源１３からの電力によって得た動力で、レール集電用接触子４を上昇させることが可能なものを用いる。一例として、一般的な電磁バネ（プランジャ）方式や電動スクリュー方式を用いることができる。

次に、レール集電用接触子の駆動方法について詳細に説明する。

図５はそのレール集電用接触子の駆動装置の模式図であり、図５（ａ）はレール集電用接触子のロックが外されようとしている状態を示す駆動装置の模式図、図５（ｂ）はレール集電用接触子がレールに押しつけられる状態を示す駆動装置の模式図、図５（ｃ）はレール集電用接触子がレールから引き上げられる状態を示す駆動装置の模式図である。

図５において、台車枠３Ａにはレール集電用接触子４を下降又は上昇させるためのアクチュエータ１４と、レール集電用接触子４を押し下げ可能なバネ１５と、レール集電用接触子４をロックするロック機構１６と、アクチュエータ１４とロック機構を動作させる駆動回路１７とが設けられている。この駆動回路１７は、レール集電用接触子４の押し付け指令によって動作する第１の接点１８と、レール集電用接触子４の上昇指令（ワンショット）によって動作する第２の接点１９と、ロック機構１６のロック外し指令（ワンショット）によって動作する第３の接点２０を備えている。

図５（ａ）において、ロック外し指令が与えられると、第３の接点２０が動作して、ロック機構１６は外され、バネ１５のバネ力によってレール集電用接触子４が下降する。

図５（ｂ）に示すように、下降したレール集電用接触子４を、その下降状態からさらにレール面に押し付けるには、押し付け指令により、第１の接点１８を動作させてアクチュエータ１４（電磁プランジャまたは電動スクリューなど）を駆動させる。これににより、レール面にレール集電用接触子４を押し付ける。押し付け指令をワンショット化して、押し付け時間のタイマー設定機構を回路上またはアクチュエータ内部回路に組み込むことも可能である。

図５（ｃ）に示すように、レール集電用接触子４が下降した状態から上昇させるには、上昇指令によりアクチュエータ１４を動作させてレール集電用接触子４を上昇させる。レール集電用接触子４がある位置まで上昇すると、バネ１５のバネ力によってロック機構１６のロックが掛かり、時限でアクチュエータ１４の動作は停止する。

次に、このレール集電用接触子による大容量バッテリーの急速大電流充電のフローを図６を参照しながら説明する。

（１）バッテリーの充電指令が出されたかをチェックする（ステップＳ１）。

（２）ステップＳ１がＹＥＳの場合には、低床ＬＲＶ２は停車したかをチェックする（ステップＳ２）。

（３）ステップＳ２がＹＥＳの場合には、電源１３に接続されたアクチュエータ１４を作動させて、レール集電用接触子４を下降させて広い面積でレール１に接触させ、集電可能にして帰線を形成する。（ステップＳ３）。

なお、ステップＳ１の充電指令とステップＳ２の停車確認の論理が共に「正」（ＹＥＳ）の場合の具体的動作例は以下の通りである。

まず、ロック解除リレーが動作してバネ力によってレール集電用接触子４が下降する。時素を持たせるか、センサーによる接触検知を行った後、押付け指令リレーが動作することで、アクチュエータには、下向きの力が発生し続け、レール集電用接触子４をレール面に押付ける。

（４）低床ＬＲＶ２の車上のパンタグラフ７を介して大容量バッテリー１０への充電を開始する。（ステップＳ４）。

（５）充電が完了したら（ステップＳ５）、例えば押付け指令リレーが消磁されて、上昇指令リレーが励磁されることにより、アクチュエータに上向きの力が発生してレール集電用接触子４が上昇を開始する。ある高さまで来ると、バネ力で開いていたロック機構が働いてレール集電用接触子４が落下しないようになる。時素またはロック機構動作の検出により、上昇指令リレーが消磁され、充電前の状態に復帰する。

このように構成することにより、大電流の通電により急速に大容量バッテリーへの充電を行うことができる。

次に、車両が傾斜した状態での給電時における車両の横転を防止する機能を有するレール集電用接触子について説明する。

図７は本発明の他の実施例を示す電磁石によりレール集電用接触子にレールへの吸着機能を付加した模式図である。

この図において、レール集電用接触子３１には電気的絶縁を施した電磁コイル３２が巻回されて、その電磁コイル３２の電源３３がオンされ、電磁コイル３２が付勢されると、レール集電用接触子３１は磁石となり、レール３４に吸着されることになる。

図８はその吸着機能を付加したレール集電用接触子が適用された状態を示すＬＲＶの模式図である。

この図において、４１は低床ＬＲＶであり、この低床ＬＲＶ４１はカント曲線部において停車している。図１に示したように低床ＬＲＶは、低床ＬＲＶの主要機器、つまり、静止型補助電源５、空調ユニット６、パンタグラフ７、架線ハイブリッド充電器一体型インバータ８は極力、車上に配置されるようになっている。したがって、低床ＬＲＶ４１は重心が高くなっており、軌道４２のカント曲線部ではカントにより直線部に比べると、横方向からの外力（例えば、風力）により低床ＬＲＶ４１が横転しやすい状態にある。かかる場合に、その低床ＬＲＶ４１への外力（例えば、風力）に対しても安定性を増加させるために、図７に示した吸着機能を付加したレール集電用接触子３１を用いて、レール４３に吸着させることが得策である。特に、低床ＬＲＶ４１はカント曲線部において停車すると、走行時とは違って低床ＬＲＶ４１に遠心力が作用しないので、横転しやすい状態になる。

図９は本発明の他の実施例を示す電磁石によるレール集電用接触子にレールへの吸着機能を付加した場合の動作フローチャートである。

（１）また、低床ＬＲＶは停車したかをチェックする（ステップＳ１１）。

（２）ステップＳ１１がＹＥＳの場合には、電源１３を動作させて、レール集電用接触子４を下降させて広い面積でレール１に接触させ、集電可能にして帰線を形成する。（ステップＳ１２）。

（３）次いで、低床ＬＲＶは所定角度以上に傾斜しているかチェックする（ステップＳ１３）。

（４）ステップＳ１３がＹＥＳの場合には、電磁コイル３２を付勢する（ステップＳ１４）。

このように構成することにより、低床ＬＲＶが傾斜した区間で停車している際にも安定な状態を保持することができ、走行の安全性の向上を図ることができる。つまり、低床ＬＲＶの信号停車、故障などによる停車時の電磁吸着によるパーキングブレーキとして活用することができる。

なお、上記フローでは、低床ＬＲＶが傾斜した区間で給電を行うことについては触れていないが、当然、低床ＬＲＶの車上のパンタグラフを介して大容量バッテリーへの充電を開始することができることは言うまでもない。

このように構成することにより、低床ＬＲＶが停車し傾斜した区間で、レールへの吸着機能を持たせることにより、低床ＬＲＶを安定状態に保持することができるとともに、大電流の通電により急速に大容量バッテリーへの充電を行うことができる。

また、集電用接触子は、大電流の急速充電のみならず、低床ＬＲＶの高速走行からの緊急レールブレーキとしても動作させることも可能である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子は、停車時において、大容量バッテリーへの大電流急速充電を可能にするとともに、低床ＬＲＶが傾斜状態の区間においても、安定な状態を保持できる低床ＬＲＶへの適用が可能である。

本発明の実施例を示す低床ＬＲＶの全体の側面構成図である。 本発明の実施例を示す低床ＬＲＶの正面図である。 本発明の実施例を示す低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子の模式図である。 本発明の実施例を示す低床ＬＲＶへの給電を行うための停留所における短区間の充電用架線例を示す図である。 本発明の実施例を示す低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子の駆動装置の模式図である。 本発明の実施例を示すレール集電用接触子による大容量バッテリーの急速大電流充電のフローチャートである。 本発明の他の実施例を示す電磁石によりレール集電用接触子にレールへの吸着機能を付加した模式図である。 本発明の他の実施例を示す吸着機能を付加したレール集電用接触子が適用された状態を示す低床ＬＲＶの模式図である。 本発明の他の実施例を示す電磁石によるレール集電用接触子にレールへの吸着機能を付加した場合の動作フローチャートである。

符号の説明

１，３４，４３ レール
２，４１ 低床ＬＲＶ
３ 台車
３Ａ 台車枠
３Ｂ バネ
３Ｃ 車輪
３Ｄ 車軸
３Ｅ 集電ブラシ
４，３１ 広い接触面を有するレール集電用接触子
５ 静止型補助電源
６ 空調ユニット
７ パンタグラフ
８ 架線ハイブリッド充電器一体型インバータ
９ 大容量バッテリーの収納部
１０ 放熱装置付き大容量バッテリー（リチウムイオンバッテリー）
１１ 支持装置
１２ リード線
１３，３３ 電源
１４ アクチュエータ
１５ バネ
１６ ロック機構
１７ 駆動回路
１８ 第１の接点
１９ 第２の接点
２０ 第３の接点
２１ 停留所
２２ 屋根
２３ 充電用架線
３２ 電磁コイル
４２ 軌道

Claims (8)

1. （ａ）主要機器を車上に搭載した低床ＬＲＶの台車枠の中央部の下部に昇降自在に配置される広い接触面を有するレール集電用接触子と、
   （ｂ）低床ＬＲＶの停車時に前記レール集電用接触子を下降させてレールに前記広い接触面を接触させ、許容集電電流を増大させ、大容量バッテリーへの大電流短時間充電を可能にすることを特徴とする低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子。
2. 請求項１記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子がレール面へ接触した後、該レール集電用接触子をレール面へ押し付ける機構を備えることを特徴とする低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子。
3. 請求項１又は２記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子は、銅系材料からなることを特徴とする低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子。
4. 請求項１又は２記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子は、カーボン系材料からなることを特徴とする低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子。
5. 請求項１又は２記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子は、導電接触面材料に銅系焼結合金、鋳鉄、カーボン系の導電材を用い、摩擦材としてＳｉＣを用い、前記導電材と前記摩擦材が交互に配置されて接触面を構成することを特徴とする低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子。
6. 請求項１から５の何れか一項記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子の許容通電電流が少なくとも１０００Ａであることを特徴とする低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子。
7. 請求項１から５の何れか一項記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記レール集電用接触子を電磁石化してレールに吸着可能にし、低床ＬＲＶの横方向からの外力に対して横転を防止する機能を有することを特徴とする低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子。
8. 請求項７記載の低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子において、前記低床ＬＲＶが傾斜する曲線区間で作動させることを特徴とする低床ＬＲＶ用低電圧高電流レール集電用接触子。

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