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発明の名称 低床LRV用低電圧高電流レール集電用接触子
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−68241(P2007−68241A)
公開日 平成19年3月15日(2007.3.15)
出願番号 特願2005−247055(P2005−247055)
出願日 平成17年8月29日(2005.8.29)
代理人 【識別番号】100089635
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 守
発明者 小笠 正道 / 前橋 栄一
要約 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。
特許請求の範囲
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【特許文献1】なし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
〔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。
【0009】
〔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。
【0010】
〔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。
【0011】
〔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。
【0012】
〔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。
【0013】
〔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。
【0014】
〔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。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【0016】
(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。
【0017】
(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。
【0018】
(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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
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。
【実施例】
【0020】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
(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)。
【0035】
(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)。
【0036】
(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)。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
(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)。
【0040】
(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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
(1)また、低床LRVは停車したかをチェックする(ステップS11)。
【0049】
(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)。
【0050】
(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)。
【0051】
(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)。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【産業上の利用可能性】
【0057】
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。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】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。
【図2】本発明の実施例を示す低床LRVの正面図である。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8】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。
【図9】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】
【0059】
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




 

 


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