接触力制御装置及び集電装置の接触力制御装置
【課題】接触部と被接触部との間の接触力を簡単に制御することができるとともに、接触部の動作にかかわらず押付力を略一定にすることができる接触力制御装置及び集電装置の接触力制御装置を提供する。
【解決手段】主制御装置１０が電流指令値を接触力制御部２に出力すると、駆動部５ａと被駆動部５ｅとが磁力によって連結される。押付力発生部３の駆動モータ３ａが回転駆動して駆動部５ａが回転すると、駆動部５ａから被駆動部５ｅに継続して略一定の大きさのトルクが伝達される。その結果、被駆動部５ｅから軸継手部６及び歯車機構部７を通じてガイド装置１１に押付力が伝達され、トロリ線試験片Ｐ2にすり板試験片Ｐ1が略一定の押付力で押し付けられる。駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の磁力を可変すると、駆動部５ａから被駆動部５ｅに伝達されるトルクも可変し、トロリ線試験片Ｐ2とすり板試験片Ｐ1との間の接触力が変化する。
【解決手段】主制御装置１０が電流指令値を接触力制御部２に出力すると、駆動部５ａと被駆動部５ｅとが磁力によって連結される。押付力発生部３の駆動モータ３ａが回転駆動して駆動部５ａが回転すると、駆動部５ａから被駆動部５ｅに継続して略一定の大きさのトルクが伝達される。その結果、被駆動部５ｅから軸継手部６及び歯車機構部７を通じてガイド装置１１に押付力が伝達され、トロリ線試験片Ｐ2にすり板試験片Ｐ1が略一定の押付力で押し付けられる。駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の磁力を可変すると、駆動部５ａから被駆動部５ｅに伝達されるトルクも可変し、トロリ線試験片Ｐ2とすり板試験片Ｐ1との間の接触力が変化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、接触部と被接触部との間の接触力を制御する接触力制御装置、及び集電装置の集電部とこの集電部が接触する電車線路との間の接触力を制御する集電装置の接触力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
接触部を被接触部に接触させながら移動する摺動装置には、架線のトロリ線に電気鉄道用のパンタグラフのすり板を接触させる集電装置や、導電レールに集電靴を接触させる第三軌条式の集電装置をはじめとして、モータ用のブラシ、クレーンやエレベータの集電装置など様々な形態の装置がある。これらの集電装置は、一般にばねやダンパを用いた受動的な緩衝機構で摺動するものが殆どである。従来の集電装置は、車体に固定された固定脚部と、この固定脚部に対して摺動自在に挿入された可動脚部と、この可動脚部に取り付けられて架線のトロリ線と接触する集電板と、この集電板をトロリ線に押し付ける押付用ばねなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の集電装置では、一定の押付力を得るために、比較的ばね定数の小さい押付用ばねが使用される場合が多い。
【０００３】
また、架線のトロリ線を模擬した模擬トロリ線に、パンタグラフのすり板を模擬した模擬すり板を摺動させて、模擬トロリ線又は模擬すり板の摩耗状態を測定する集電摩耗試験装置がある。従来の集電摩耗試験装置は、外周部に模擬トロリ線を取り付けた状態で中心軸回りに回転する回転板と、この模擬トロリ線と接触する模擬すり板を支持する支持板と、模擬トロリ線に模擬すり板が押し付けられるように支持板を回転板に向かって付勢するばねなどを備えている（例えば、特許文献２参照）。このような従来の集電摩耗試験装置では、従来の集電装置と同様に、一定の押付力を得るために、比較的ばね定数の小さいばねが使用される場合が多い。
【０００４】
【特許文献１】特開平6-153308号公報
【０００５】
【特許文献２】特開2004-93137号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の集電装置及び従来の集電摩耗試験装置では、あらかじめ使用前に押付力を変更することは可能であるが、例えば走行中や試験中に速度に応じて押付力を変更するなど、使用中に押付力の変更や制御を行うことはできない問題点がある。このような問題点を解決するために、接触力を制御しながら摺動を行う集電装置が電気鉄道用のパンタグラフとして一部開発されているが、実用レベルには達していない。また、電気鉄道のパンタグラフや集電靴では、離線によるアーク発生や過大な接触力によってトロリ線や集電レールの摩耗が起こることがわかっており、この摩耗が保守のためのコストに大きく影響してしまう問題点がある。
【０００７】
この発明の課題は、接触部と被接触部との間の接触力を簡単に制御することができるとともに、接触部の動作にかかわらず押付力を略一定にすることができる接触力制御装置及び集電装置の接触力制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１及び図２に示すように、接触部（Ｐ1）と被接触部（Ｐ2）との間の接触力を制御する接触力制御装置であって、前記接触部を前記被接触部に押し付ける押付力を発生する押付力発生部（３）と、前記押付力発生部側から前記接触部側に前記押付力を伝達する押付力伝達部（５）とを備え、前記押付力伝達部は、前記押付力を可変して伝達可能であることを特徴とする接触力制御装置（２）である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記接触部側から前記押付力発生部側に伝達しようとする前記押付力とは逆方向の力を緩和することを特徴とする接触力制御装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記接触部の動作にかかわらず、前記押付力発生部側から前記接触部側に前記押付力を略一定に伝達することを特徴とする接触力制御装置である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、図３に示すように、前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側の駆動部（５ａ）と前記接触部側の被駆動部（５ｅ）とを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部側からこの被駆動部側に伝達する前記押付力を可変することを特徴とする接触力制御装置である。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側から前記接触部側に伝達する前記押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを備えることを特徴とする接触力制御装置である。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、前記接触部は、実際の集電装置のすり板を模擬したすり板試験片（Ｐ1）であり、前記被接触部は、前記実際の集電装置のすり板が摺動する実際のトロリ線を模擬したトロリ線試験片（Ｐ2）であることを特徴とする接触力制御装置である。
【００１４】
請求項７の発明は、図６及び図７に示すように、集電装置（１２；２９）の集電部（Ｃ1；Ｃ2）とこの集電部が接触する電車線路（Ｔ1；Ｔ2）との間の接触力を制御する集電装置の接触力制御装置であって、前記集電部を前記電車線路に押し付ける押付力を発生する押付力発生部（２０）と、前記押付力発生部側から前記集電部側に前記押付力を伝達する押付力伝達部（２２）とを備え、前記押付力伝達部は、前記押付力を可変して伝達可能であることを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７に記載の集電装置の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記集電部側から前記押付力発生部側に伝達しようとする前記押付力とは逆方向の力を緩和することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の集電装置の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記集電部の動作にかかわらず、前記押付力発生部側から前記集電部側に前記押付力を略一定に伝達することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側の駆動部（２２ａ）と前記接触部側の被駆動部（２２ｅ）とを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部側からこの被駆動部側に伝達する前記押付力を可変することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１８】
請求項１２の発明は、請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側から前記集電部側に伝達する前記押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを備えることを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項７から請求項１１までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、図６に示すように、前記押付力伝達部は、前記集電装置の走行速度に応じて前記押付力を可変することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項７から請求項１２までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、図６に示すように、前記押付力伝達部は、前記集電装置の進行方向（Ｄ1，Ｄ2）に応じて前記押付力を可変することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項７から請求項１３までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、図６に示すように、前記集電部は、前記集電装置（１２）のすり板（Ｃ1）であり、前記電車線路は、前記集電装置のすり板が摺動するトロリ線（Ｔ1）であることを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００２２】
請求項１５の発明は、請求項７から請求項１３までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、図７に示すように、前記集電部は、前記集電装置（２９）の集電靴（Ｃ2）であり、前記電車線路は、前記集電装置の集電靴が摺動する導電レール（Ｔ2）であることを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によると、接触部と被接触部との間の接触力を簡単に制御することができるとともに、接触部の動作にかかわらず押付力を略一定にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置を備える集電試験装置を概略的に示す平面図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置を備える集電試験装置を概略的に示す斜視図である。
【００２５】
図１及び図２に示すすり板試験片Ｐ1は、実際の集電装置のすり板を模擬した試験片である。すり板試験片Ｐ1は、電気車の集電装置の上部に取り付けられるすり板と同じ材質であり、カーボンを主原料として焼成した部材、鉄若しくは銅などの金属粉に潤滑性を有する黒鉛若しくはすずなどの低融点金属とクロム、モリブデンなどの硬質金属とを混合して加熱成型し焼結した部材などである。すり板試験片Ｐ1は、外観が長板状の部材であり、トロリ線試験片Ｐ2と接触する側の表面が平面状に形成されている。
【００２６】
トロリ線試験片Ｐ2は、実際の集電装置のすり板が摺動する実際のトロリ線を模擬した試験片である。トロリ線試験片Ｐ2は、電気車の集電装置のすり板が摺動しこの電気車に負荷電流を供給する電線であるトロリ線と同じ材質であり、銀又はすずなどを僅かに含有する銅合金又は硬銅である。トロリ線試験片Ｐ2は、実際のトロリ線とは異なり外観が円板状の部材であり、すり板試験片Ｐ1と接触する側の表面が平面状に形成されており、図示しない回転体に着脱自在に装着されて中心線Ｏ1を回転中心として回転する。
【００２７】
集電試験装置１は、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2とを接触させて種々の試験を実施する装置である。集電試験装置１は、例えば、実際のトロリ線と実際のすり板との摺動状況を模擬するために、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間に通電させている。集電試験装置１は、トロリ線試験片Ｐ2を回転させた状態ですり板試験片Ｐ1を摺動させ、すり板試験片Ｐ1及びトロリ線試験片Ｐ2の摩耗を調査する集電摩耗試験機（高速集電材摩耗試験機）などである。集電試験装置１は、接触力制御装置２と、設定装置８と、記憶装置９と、主制御装置１０と、ガイド装置１１などを備えている。集電試験装置１は、接触力制御装置２によって押付力を制御して摩耗状態及び集電性能などを測定する。
【００２８】
接触力制御装置２は、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力を制御する装置である。接触力制御装置２は、すり板試験片Ｐ1側に伝達する押付力を制御して、すり板試験片Ｐ1の動作にかかわらず押付力が略一定になるように制御する。接触力制御装置２は、押付力発生部３と、歯車機構部４と、押付力伝達部５と、軸継手部６と、歯車機構部７などを備えている。
【００２９】
押付力発生部３は、すり板試験片Ｐ1をトロリ線試験片Ｐ2に押し付ける押付力を発生する部分である。押付力発生部３は、駆動モータ３ａなどを備えている。駆動モータ３ａは、歯車機構部４の歯車４ａを回転駆動する駆動力を発生する部分である。駆動モータ３ａは、歯車４ａを駆動する駆動軸を有する電動モータ又は油圧モータなどであり、主制御装置１０が出力する電気信号（電流指令値）に基づいて所定の回転数で回転し所定のトルクを発生する。
【００３０】
歯車機構部４は、押付力発生部３が発生する押付力を押付力伝達部５に伝達する部分であり、歯車４ａと歯車４ｂなどを備えている。歯車４ａは、駆動モータ３ａの駆動軸と一体となって回転する平歯車であり、この駆動軸に止めねじなどの固定部材によって取り付けられている。歯車４ｂは、歯車４ａと噛み合って回転する平歯車であり、押付力伝達部５の駆動部５ａに止めねじなどの固定部材によって取り付けられている。
【００３１】
図３は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部を模式的に示す断面図である。
図１及び図２に示す押付力伝達部５は、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側に押付力を伝達する部分であり、この押付力を可変して伝達可能である。押付力伝達部５は、すり板試験片Ｐ1の動作にかかわらず、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1に押付力を略均一に伝達するが、すり板試験片Ｐ1側から押付力発生部３側に伝達しようとする押付力とは逆方向の力を緩和する。押付力伝達部５は、例えば、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側に伝達する押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチである。押付力伝達部５は、図１〜図３に示す駆動部５ａと、図３に示す電磁石５ｂと、励磁コイル５ｃと、図１及び図２に示す電流制御部５ｄと、図１〜図３に示す被駆動部５ｅと、図３に示す粉体（パウダ）５ｆと、軸受５ｇ，５ｈなどを備えている。図３に示すように、押付力伝達部５は、励磁コイル５ｃが通電状態になって電磁石５ｂが磁界を発生するときには、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の粉体５ｆを磁束によって結合させて、駆動部５ａと被駆動部５ｅとを連結し駆動部５ａから被駆動部５ｅにトルクを伝達する。一方、押付力伝達部５は、励磁コイル５ｃが非通電状態になって電磁石５ｂが磁界を発生しないときには、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の粉体５ｆを分散させて磁束による結合を解除させて、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの連結を解除し駆動部５ａから被駆動部５ｅへのトルクの伝達を遮断する。このように、押付力伝達部５は、押付力発生部３側の駆動部５ａとすり板試験片Ｐ1側の被駆動部５ｅとを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部５ａ側から被駆動部５ｅ側に伝達する押付力を可変する。
【００３２】
図１〜図３に示す駆動部５ａは、押付力発生部３が発生する押付力によって回転駆動する部分である。駆動部５ａは、一方の端部に歯車機構部４の歯車４ｂが取り付けられており、歯車４ｂの回転が伝達されて歯車４ｂと一体となって中心線Ｏ2を回転中心として回転する。駆動部５ａは、押付力発生部３が発生するトルクが入力する入力軸（駆動軸）である。
【００３３】
図３に示す電磁石５ｂは、電流が流れることによって磁力を発生する部材である。電磁石５ｂは、被駆動部５ｅと所定の隙間を形成するようにこの被駆動部５ｅと対向して駆動部５ａの内周部に配置されている。励磁コイル５ｃは、電磁石５ｂの外周部に巻き付けられた部材であり、図１及び図２に示す電流制御部５ｄが出力する電気信号（電流指令値）に応じて電磁石５ｂに磁力を発生させる。電流制御部５ｄは、励磁コイル５ｃに流れる励磁電流を制御する部分であり、励磁コイル５ｃに流れる電流を主制御装置１０からの指令に基づいて制御する。
【００３４】
図１〜図３に示す被駆動部５ｅは、駆動部５ａとの間に作用する磁力によって連結して回転駆動する部分である。被駆動部５ｅは、磁性体によって形成されており、図３に示すように駆動部５ａの内周部に回転自在に配置されている。被駆動部５ｅは、駆動部５ａの回転が伝達されて中心線Ｏ2を回転中心として回転する軸部５ｉと、この軸部５ｉの外周部に形成されており駆動部５ａとの間に所定の隙間をあけて対向するフランジ部５ｊとを備えている。被駆動部５ｅは、押付力発生部３が発生するトルクを出力する出力軸（従動軸）である。
【００３５】
粉体５ｆは、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の間隙部に収容される磁性粉である。粉体５ｆは、励磁コイル５ｃが通電状態になって電磁石５ｂが磁力を発生しているときには、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間で磁束によって結合し、駆動部５ａと被駆動部５ｅとを連結状態にする。一方、粉体５ｆは、励磁コイル５ｃが非通電状態になって電磁石５ｂが磁力を発生していないときには、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の間隙部で分散して、駆動部５ａと被駆動部５ｅとを空転状態にする。軸受５ｇ，５ｈは、駆動部５ａ及び被駆動部５ｅを中心線Ｏ2回りに回転自在に支持する部材である。軸受５ｇ，５ｈは、駆動部５ａの内周部と軸部５ｉの外周部との間に嵌め込まれて装着されている。
【００３６】
図４は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部の励磁電流とトルク特性との関係を一例として示すグラフである。図５は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部の相対回転数とトルク特性との関係を一例として示すグラフである。ここで、図４に示す縦軸は伝達トルク（％）であり、横軸は励磁電流（％）である。また、図５に示す縦軸は伝達トルク（％）であり、横軸は相対回転数（rpm/min）である。
押付力伝達部５は、図４に示すように、励磁電流（定格電流）に対する伝達トルクの特性が励磁電流の約10〜100％の広範囲にわたって略直線性を示しており、励磁電流を制御することによって、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の摩擦係数を可変して伝達トルクを容易に制御可能である。また、押付力伝達部５は、図５に示すように、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の相対回転数（スリップ回転数）が変化しても、励磁電流に応じて伝達トルクが略一定の値を示しており、駆動部５ａから被駆動部５ｅに略一定のトルクを伝達し、被駆動部５ｅから駆動部５ａにこのトルクと逆方向のトルクが伝達するのを阻止する。
【００３７】
図１及び図２に示す軸継手部６は、押付力伝達部５の被駆動部５ｅ側に回転軸と歯車機構部７のピニオン７ａ側の回転軸とを連結する部分である。軸継手部６は、例えば、図３に示す被駆動部５ｅの軸部５ｉの端部と図１及び図２に示すピニオン７ａの回転軸の端部とにそれぞれ装着されたフランジ同士を接合して、複数本のボルトによって連結し、これらの回転軸が僅かに偏心していてもトルクを伝達可能なフランジ形たわみ軸継手などである。
【００３８】
図１及び図２に示す歯車機構部７は、押付力伝達部５が伝達する押付力をすり板試験片Ｐ1に伝達する部分である。歯車機構部７は、ピニオン７ａとラック７ｂなどを備えており、回転運動を直線運動に変換する動作変換部として機能する。ピニオン７ａは、軸継手部６の回転軸と一体となって回転する小口径の歯車であり、押付力伝達部５から軸継手部６を通じて伝達されるトルクによって回転する。ラック７ｂは、ピニオン７ａと噛み合って往復運動する部材であり、板状部材の長さ方向の表面に沿ってピニオン７ａと噛み合う歯が連続して形成されている。ラック７ｂは、ガイド装置１１のスライド部１１ａに固定されている。
【００３９】
設定装置８は、すり板試験片Ｐ1をトロリ線試験片Ｐ2に押し付ける押付力を設定する装置である。設定装置８は、集電試験装置１によって試験を実施するときの押付力（設定値）を試験者が設定する入力装置などである。設定装置８は、試験者は設定した押付力を押付力情報として主制御装置１０に出力する。設定装置８は、集電試験装置１によって試験を実施中に押付力を変更するときにも試験者によって操作される。
【００４０】
記憶装置９は、接触力制御装置２を制御するための種々の情報を記憶する装置である。記憶装置９は、例えば、押付力に対応する電流指令値を押付力−電流指令値情報として予めデータベース化して記憶するメモリであり、主制御装置１０が駆動モータ３ａに出力する電流指令値と、電流制御部５ｄが励磁コイル５ｃに出力する電流指令値とを、設定装置８が出力する押付力情報とに対応させて記憶している。
【００４１】
主制御装置１０は、接触力制御装置２の種々の動作を制御する装置である。主制御装置１０は、例えば、励磁コイル５ｃに流れる電流の制御を電流制御部５ｄに指令したりする中央処理部（CPU）である。主制御装置１０は、設定装置８が出力する押付力情報に基づいて、記憶装置９が記憶する押付力−電流指令値情報を参照して最適な電流指令値を検索する。主制御装置１０は、設定装置８によって設定された押付力を押付力発生部３が発生するように、この最適な電流指令値を駆動モータ３ａに出力するとともに、押付力伝達部５が略一定の押付力を伝達するように、この最適な電流指令値を電流制御部５ｄに出力する。主制御装置１０には、駆動モータ３ａと、電流制御部５ｄと、設定装置８と、記憶装置９とが接続されている。
【００４２】
ガイド装置１１は、すり板試験片Ｐ1を移動自在にガイドする装置である。ガイド装置１１は、スライド部１１ａと、ガイドレール部１１ｂなどを備えている。ガイド装置１１は、例えば、スライド部１１ａ側の溝とガイドレール部１１ｂ側の溝との間に挟み込まれたボールを転動させて、ガイドレール部１１ｂに沿ってスライド部１１ａを進退自在にガイドするリニアガイド装置などである。スライド部１１ａは、ガイドレール１１ｂによってガイドされる部分である。スライド部１１ａは、すり板試験片Ｐ1及び歯車機構部７のラック７ｂを支持した状態で、これらのすり板試験片Ｐ1及びラック７ｂと一体となって前後方向に移動する板状部材である。スライド部１１ａの一方の端部には、すり板試験片Ｐ1がボルトなどの固定部材によって着脱自在に取り付けられており、スライド部１１ａの縁部にはラック７ｂがボルトなどの固定部材によって取り付けられている。スライド部１１ａは、このスライド部１１ａとすり板試験片Ｐ1との間を電気的に絶縁するための絶縁材を備えている。ガイドレール部１１ｂは、スライド部１１ａを移動自在にガイドする部分であり、スライド部１１ａの移動方向に沿って配置されている。
【００４３】
次に、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の動作を説明する。
図１及び図２に示す設定装置８によって押付力が設定されると、主制御装置１０が駆動モータ３ａに駆動電流を流すとともに、主制御装置１０が電流指令値を電流制御部５ｄに出力し、電流制御部５ｄが励磁コイル５ｃに励磁電流を流す。駆動モータ３ａが回転駆動して歯車４ａを回転させると歯車４ｂも回転して駆動部５ａが回転する。図３に示す励磁コイル５ｃに励磁電流が流れると電磁石５ｂが磁力を発生して、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間に磁界が発生してこれらの間に粉体５ｆが吸着される。その結果、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の粉体５ｆが磁束によって結合し、駆動部５ａと被駆動部５ｅとが連結状態になって、駆動部５ａから被駆動部５ｅに押付力が伝達される。押付力発生部３が発生する押付力が設定装置８によって設定された押付力に達すると、被駆動部５ｅに対して駆動部５ａがすべりながら駆動部５ａから被駆動部５ｅに継続して略一定の大きさのトルクが伝達される。また、駆動モータ３ａが一定の回転数で回転して駆動部５ａに伝達される一定のトルクを制御する必要があるときには、電流制御部５ｄが励磁コイル５ｃに流す励磁電流を可変する。このため、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の磁力が変化して、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間で吸着される粉体５ｆの量が増減する。その結果、駆動部５ａから被駆動部５ｅに伝達される押付力が変化して、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が調整される。
【００４４】
被駆動部５ｅから軸継手部６を通じてピニオン７ａにトルクが伝達されると、ラック７ｂ及びスライド部１１ａに押付力が伝達されて、中心線Ｏ1回りに回転するトロリ線試験片Ｐ2にすり板試験片Ｐ1が略一定の押付力で押し付けられる。トロリ線試験片Ｐ2にすり板試験片Ｐ1が摺動するときに、トロリ線試験片Ｐ2の接触面の凹凸やすり板試験片Ｐ1の接触面の凹凸などに起因して、すり板試験片Ｐ1の位置変動又は速度変動が生じると、すり板試験片Ｐ1の動作が変化して押付力が変動しようとする。例えば、すり板試験片Ｐ1が前進する方向（押し付けられる方向）に移動すると、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が増加しようとし、すり板試験片Ｐ1が後退する方向（押し戻される方向）に移動すると、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が低下しようとする。しかし、駆動部５ａから被駆動部５ｅに略一定の押付力が継続して伝達されるため、トロリ線試験片Ｐ2に対してすり板試験片Ｐ1が追従してすり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が略一定に維持される。また、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が増加しようとすると、この接触力の増加分に相当する力（押付力とは逆方向の力）が被駆動部５ｅから駆動部５ａを通じて駆動モータ３ａに伝達されようとする。しかし、駆動部５ａと被駆動部５ｅとが機械的に連結されておらず磁気的に連結されているため、被駆動部５ｅが逆転しても駆動部５ａに対して被駆動部５ｅがすべり、接触力の増加分に相当する力が被駆動部５ｅと駆動部５ａとの間で吸収されて、被駆動部５ｅから駆動部５ａに殆ど伝達されない。
【００４５】
この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置は、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、すり板試験片Ｐ1をトロリ線試験片Ｐ2に押し付ける押付力を押付力発生部３が発生し、この押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側にこの押付力を押付力伝達部５が伝達し、この押付力伝達部５がこの押付力を可変して伝達可能である。このため、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2とを接触させた状態で押付力を容易に変更したり制御したりすることが可能になって、トロリ線試験片Ｐ2に対するすり板試験片Ｐ1の追従性を向上させることができる。その結果、すり板試験片Ｐ1がトロリ線試験片Ｐ2から離れてアークが発生したり、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2とが過大な接触力によって接触したりして、すり板試験片Ｐ1やトロリ線試験片Ｐ2が必要以上に摩耗するのを低減することができる。
【００４６】
(2) この第１実施形態では、すり板試験片Ｐ1側から押付力発生部３側に伝達しようとする押付力とは逆方向の力を押付力伝達部５が緩和する。このため、押付力とは逆方向の力によって押付力発生部３に不必要な大きな力が作用するのを防ぐことができる。その結果、駆動モータ３ａが破損するような危険な事態が発生するのを防ぐことができる。
【００４７】
(3) この第１実施形態では、すり板試験片Ｐ1の動作にかかわらず、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側に押付力伝達部５が押付力を略一定に伝達する。例えば、すり板試験片Ｐ1が前進する方向（押し付けられる方向）に動く場合には、押付力Ｆp＝モータが発生する力Ｆm−減速機などによる摩擦により損失の力Ｆfとなる。一方、すり板試験片Ｐ1が後退する方向（押し戻される方向）に動く場合には、押付力Ｆp＝モータが発生する力Ｆm＋減速機などによる摩擦により損失の力Ｆfとなる。この第１実施形態では、駆動モータや減速機を回転するときに作用する抵抗（減速機などによる摩擦により損失の力Ｆf）などの影響を受け難くなるため、すり板試験片Ｐ1が前進する方向に動く場合の押付力Ｆpと、すり板試験片Ｐ1が後退する方向に動く場合の押付力Ｆpとの差が小さくなり、押付力伝達部５が略一定の押付力を継続して伝達することができる。
【００４８】
(4) この第１実施形態では、押付力発生部３側の駆動部５ａとすり板試験片Ｐ1側の被駆動部５ｅとを押付力伝達部５が磁力によって連結可能であり、押付力伝達部５がこの磁力を可変することによって駆動部５ａ側から被駆動部５ｅ側に伝達する押付力を可変する。このため、磁力を可変することによって押付力を簡単に制御することができる。また、被駆動部５ｅに対して駆動部５ａを空転させることができるため、押付力とは逆方向の力がすり板試験片Ｐ1側から押付力発生部３側に伝達するのを防ぎ、駆動部５ａから被駆動部５ｅに押付力を安定して伝達することができる。
【００４９】
(5) この第１実施形態では、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側に伝達する押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを押付力伝達部５が備えている。このため、押付力を励磁電流によって容易に制御することができるとともに、パウダクラッチの定トルク性によって押付力を安定化させることができる。また、安価で耐久性の高いパウダクラッチを使用することによって、接触力制御装置２を低コストで製造することができるとともに、保守のためのコストを低減することができる。さらに、電動機やシリンダなどによって押付力を変化させる場合に比べて、パウダクラッチによって押付力を変化させる場合には、慣性質量が小さくなるため同じ出力であるときには応答性を高くすることができる。例えば、モータを使用する場合には、ロータ、軸及び減速機の慣性モーメントが応答性に影響を与えるが、パウダクラッチを使用する場合には出力軸の慣性モーメントのみが影響を与え全体として慣性モーメントが比較的小さくなって応答性を向上させることができる。
【００５０】
（第２実施形態）
図６は、この発明の第２実施形態に係る集電装置の接触力制御装置を概略的に示す斜視図である。以下では、図１〜図３に示す部分と対応する部分については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
図６に示すトロリ線Ｔ1は、集電装置１２のすり板Ｃ1が摺動する電車線路（電線）であり、線路上空に架設されている。トロリ線Ｔ1は、所定の間隔をあけて支持点で支持されており、集電装置１２のすり板Ｃ1が摺動することによって車両に負荷電流を供給する。すり板Ｃ1は、トロリ線Ｔ1と接触する集電部であり、車両の進行方向と直交する方向に伸びた金属製又は炭素製の板状部材である。
【００５１】
集電装置１２は、トロリ線Ｔ1から車両に電力を導くための装置である。集電装置１２は、集電舟（舟体）１３と、舟支え部１４と、枠組１５と、主軸１６と、支持部１７，１８と、接触力制御装置１９と、走行速度検出装置２４と、進行方向検出装置２５と、設定装置２６と、記憶装置２７と、主制御装置２８などを備えている。図６に示す集電装置１２は、車両の進行方向に対して非対称であり、一方向又は両方向に使用可能なシングルアーム式のパンタグラフである。集電装置１２は、接触力制御装置１９が主軸１６をＡ1方向に回転すると、集電舟１３及び枠組１５が上昇し折畳状態から使用状態になる。一方、集電装置１２は、接触力制御装置１９が主軸１６をＡ1方向とは逆方向のＡ2方向に回転すると、集電舟１３及び枠組１５が下降して使用状態から折畳状態になる。
【００５２】
集電舟１３は、すり板Ｃ1を取り付けて支持する部材であり、一般にトロリ線Ｔ1と直交する方向に伸びた細長い金属製の部材である。舟支え部１４は、集電舟１３を支持する部分であり、集電舟１３をトロリ線Ｔ1に対して水平に押上げるとともに、集電舟１３にばねによる緩衝作用を与えている。枠組１５は、集電舟１３を支持した状態で上下方向に動作する部材であり、上枠１５ａと、下枠１５ｂと、平衡棒１５ｃと、釣り合い棒１５ｄなどを備えるリンク機構である。上枠１５ａは、上端が舟支え部１４に回転自在に連結される部材である。下枠１５ｂは、上端が上枠１５ａに回転自在に連結され、下端が主軸１６のてこ部１６ａに固定される部材である。平衡棒１５ｃは、集電舟１３及び舟支え部１４を所定の姿勢に維持するための部材であり、上端が舟支え部１４に回転自在に連結され、下端が下枠１５ｂに回転自在に連結されている。釣り合い棒１５ｄは、上端が上枠１５ａに回転自在に連結され、下端が支持部１８に回転自在に連結される部材である。主軸１６は、枠組１５の昇降動作に連動して回転する部材である。主軸１６は、枠組１５の下枠１５ｂが連結されるてこ部１６ａなどを備えており、このてこ部１６ａは、主軸１６を支点として主軸１６と一体となって回転する。支持部１７は、主軸１６の両端部を回転自在に支持する部分であり、支持部１８は枠組１５の釣り合い棒１５ｄを回転自在に支持する部分である。支持部１７，１８は、車体の屋根上に碍子を介して支持される台枠上に取り付けられている。
【００５３】
接触力制御装置１９は、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力を制御する装置である。接触力制御装置１９は、すり板Ｃ1側に伝達する押付力（押上げ力）を制御して、すり板Ｃ1の動作にかかわらず押付力が略一定になるように制御する。接触力制御装置１９は、図１及び図２に示す接触力制御装置２と略同一構造であり、図６に示すように押付力発生部２０と、歯車機構部２１と、押付力伝達部２２と、軸継手部２３などを備えている。
【００５４】
押付力発生部２０は、すり板Ｃ1をトロリ線Ｔ1に押し付ける押付力を発生する部分であり、図１及び図２に示す押付力発生部３と同様に、駆動モータ２０ａなどを備えている。歯車機構部２１は、押付力発生部２０が発生する押付力を押付力伝達部２２に伝達する部分である。歯車機構部２１は、図１及び図２に示す歯車機構部４と同様に歯車２１ａと歯車２１ｂなどを備えている。
【００５５】
押付力伝達部２２は、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に押付力を伝達する部分であり、この押付力を可変して伝達可能である。押付力伝達部２２は、すり板Ｃ1の動作にかかわらず、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1に押付力を略均一に伝達するが、すり板Ｃ1側から押付力発生部２０側に伝達しようとする押付力とは逆方向の力を緩和する。押付力伝達部２２は、図１及び図２に示す押付力伝達部５と同様のパウダクラッチであり、図６に示すように駆動部２２ａと、電流制御部２２ｄと、被駆動部２２ｅなどを備えている。押付力伝達部２２は、押付力発生部２０側の駆動部２２ａとすり板Ｃ1側の被駆動部２２ｅとを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部２２ａ側から被駆動部２２ｅ側に伝達する押付力を可変する。押付力伝達部２２は、集電装置１２の走行速度に応じて押付力を可変したり、集電装置１２の進行方向に応じて押付力を可変したりする。軸継手部２３は、被駆動部２２ｅの軸部と集電装置１２の主軸１６とを連結する部分であり、図１及び図２に示す軸継手部６と同様のフランジ形たわみ軸継手などである。
【００５６】
走行速度検出装置２４は、集電装置１２の走行速度を検出する装置である。走行速度検出装置２４は、例えば、車両の車輪の回転数に応じて速度発電機が発生する距離パルス信号に基づいて車両の速度を演算し、この演算結果を走行速度情報として主制御装置２８に出力する。
【００５７】
進行方向検出装置２５は、集電装置１２の進行方向を検出する装置である。進行方向検出装置２５は、例えば、車両の加速度を検出してこの車両の進行方向を検出する加速度センサなどの振動検出装置である。進行方向検出装置２５は、枠組１５に対してすり板Ｃ1が進行方向後側になってＤ1方向（なびき方向）に集電装置１２が進行する場合と、枠組１５に対してすり板Ｃ1が進行方向前側になってＤ2方向（反なびき方向）に集電装置１２が進行する場合とを検出し、この検出結果を進行方向情報として主制御装置２８に出力する。
【００５８】
設定装置２６は、すり板Ｃ1をトロリ線Ｔ1に押し付ける押付力を設定する装置である。設定装置２６は、車両が走行するときの押付力（設定値）を乗務員が設定する入力装置などであり、乗務員によって設定された押付力を押付力情報として主制御装置２８に出力する。設定装置２６は、走行中に押付力を変更するときにも乗務員によって操作される。設定装置２６は、例えば、押付力を手動で設定する第１の設定モードと、走行速度に応じて押付力を自動的に設定する第２の設定モードと、進行方向に応じて押付力を自動的に設定する第３の設定モードと、走行速度及び進行方向の双方に応じて押付力を自動的に設定する第４の設定モードとを選択し切り替えるときにも操作される。
【００５９】
記憶装置２７は、集電装置１２を制御するための種々の情報を記憶する装置である。記憶装置２７は、図１及び図２に示す記憶装置９と同様に、押付力に対応する最適な電流指令値を押付力−電流指令値情報として予めデータベース化して記憶するメモリである。記憶装置２７は、例えば、集電装置１２の走行速度に応じてこの集電装置１２に作用する揚力が変化するような揚力特性を有する集電装置１２であるときには、走行速度に対応する押付力を発生するための最適な電流指令値を走行速度−電流指令値情報として予めデータベース化して記憶する。また、記憶装置２７は、例えば、集電装置１２の進行方向に応じて集電装置１２に作用する揚力が変化するような揚力特性を集電装置１２が有するときには、進行方向に対応する最適な押付力を発生するための電流指令値を進行方向−電流指令値情報として予めデータベース化して記憶する。
【００６０】
主制御装置２８は、接触力制御装置１９の種々の動作を制御する装置であり、図１及び図２に示す主制御装置１０と同様の中央処理部（CPU）である。主制御装置２８は、設定装置８が出力する押付力情報に基づいて記憶装置２７が記憶する押付力−電流指令値情報を参照して最適な電流指令値を検索したり、走行速度検出装置２４が出力する走行速度情報に基づいて記憶装置２７が記憶する走行速度−電流指令値情報を参照して最適な電流指令値を検索したり、進行方向検出装置２５が出力する進行方向情報に基づいて記憶装置２７が記憶する進行方向−電流指令値情報を参照して最適な電流指令値を検索したりする。主制御装置２８は、設定装置２６によって設定された押付力を押付力発生部２０が発生するように駆動モータ２０ａに電流指令値を出力したり、走行速度検出装置２４が出力する走行速度情報又は進行方向検出装置２５が出力する進行方向情報に基づいて最適な押付力を押付力発生部２０が発生するように駆動モータ２０ａに電流指令値を出力したり、押付力伝達部２２が略一定の押付力を伝達するように電流制御部２２ｄに電流指令値を出力したりする。主制御装置２８には、駆動モータ２０ａと、電流制御部２２ｄと、走行速度検出装置２４と、進行方向検出装置２５と、設定装置２６とが接続されている。
【００６１】
次に、この発明の第２実施形態に係る集電装置の接触力制御装置の動作を説明する。
図６に示す設定装置２６によって押付力が設定されると、駆動モータ２０ａ及び電流制御部２２ｄに主制御装置２８が電流指令値を出力する。その結果、押付力発生部２０が発生する押付力が歯車機構部２１を通じて押付力伝達部２２の駆動部２２ａに入力すると、駆動部２２ａと被駆動部２２ｅとが磁気的に連結状態になるため、駆動部２２ａから被駆動部２２ｅに継続して略一定の大きさのトルクが伝達される。被駆動部２２ｅから軸継手部２３を通じて主軸１６にＡ1方向のトルクが伝達されると、枠組１５を通じて集電舟１３及び舟支え部１４に押付力が伝達されて、トロリ線Ｔ1にすり板Ｃ1が略一定の押付力で押し付けられる。
【００６２】
例えば、集電装置１２の走行速度が所定速度を越えて集電装置１２を下降させる方向に作用する揚力が増大すると、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が低下し、トロリ線Ｔ1からすり板Ｃ1が離線するようなことがある。このような場合には、走行速度検出装置２４が出力する走行速度情報に基づいて、走行速度が所定値を超えたか否かを主制御装置２８が判断する。集電装置１２の走行速度が所定値を超えたと主制御装置２８が判断したときには、記憶装置２７が記憶する走行速度−電流指令値情報を主制御装置２８が参照して、最適な押付力を発生するための電流指令値を検索し、この電流指令値を接触力制御装置１９に主制御装置２８が出力する。その結果、押付力伝達部２２が駆動部２２ａから被駆動部２２ｅに伝達する押付力を増加させて、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力の減少が抑制される。
【００６３】
また、例えば、図６に示すＤ1方向に集電装置１２が移動する場合には、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が減少し、Ｄ2方向に集電装置１２が移動する場合には、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が増加することがある。このような場合には、進行方向検出装置２５が出力する進行方向情報に基づいて、集電装置１２の進行方向を主制御装置２８が判断し、記憶装置２７が記憶する進行方向−電流指令値情報を主制御装置２８が参照して、最適な押付力を発生するための電流指令値を検索し、この電流指令値を接触力制御装置１９に主制御装置２８が出力する。その結果、集電装置１２の進行方向がＤ1方向であると主制御装置２８が判断したときには、押付力伝達部２２が駆動部２２ａから被駆動部２２ｅに伝達する押付力を増加させて、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力の減少が抑制される。一方、集電装置１２の進行方向がＤ2方向であると主制御装置２８が判断したときには、押付力伝達部２２が駆動部２２ａから被駆動部２２ｅに伝達する押付力を減少させて、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力の増加が抑制される。
【００６４】
例えば、トロリ線Ｔ1の高さの変化によってすり板Ｃ1の位置が変動すると、押付力とは逆方向の力が被駆動部２２ｅから駆動部２２ａを通じて駆動モータ２０ａに伝達されようとする。しかし、駆動部２２ａと被駆動部２２ｅとが機械的に連結されておらず磁気的に連結されているため、駆動部２２ａに対して被駆動部２２ｅがすべり、接触力の増加分に相当する力が被駆動部２２ｅと駆動部２２ａとの間で吸収されて、被駆動部２２ｅから駆動部２２ａに殆ど伝達されない。
【００６５】
この発明の第２実施形態に係る集電装置の接触力制御装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、すり板Ｃ1をトロリ線Ｔ1に押し付ける押付力を押付力発生部２０が発生し、この押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に押し付ける押付力伝達部２２がこの押付力を伝達し、この押付力伝達部２２がこの押付力を可変して伝達可能である。このため、押付力を容易に変化させて、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力を簡単に制御することができる。その結果、トロリ線Ｔ1に対するすり板Ｃ1の追従性能が向上し、トロリ線Ｔ1からすり板Ｃ1が離れる時間的な割合（離線率）が低くなるとともに、過大な接触力が生じてすり板Ｃ1やトロリ線Ｔ1が摩耗するのを抑制し、保守のためのコストを低減することができる。また、停車中だけではなく走行中にも押付力を簡単に変更して押付力を容易に調整することができる。
【００６６】
(2) この第２実施形態では、すり板Ｃ1側から押付力発生部２０側に伝達しようとする押付力とは逆方向の力を押付力伝達部２２が緩和する。このため、トロリ線Ｔ1の高さの変化によってすり板Ｃ1の位置が変動して、押付力とは逆方向の力が被駆動部２２ｅから駆動部２２ａを通じて、駆動モータ２０ａに伝達されようとしても、この押付力とは逆方向の力が押付力発生部２０側に伝達するのを押付力伝達部２２によって阻止することができる。
【００６７】
(3) この第２実施形態では、すり板Ｃ1の動作にかかわらず、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に押付力伝達部２２が押付力を略一定に伝達する。このため、トロリ線Ｔ1の高さの変化によりすり板Ｃ1の位置が変動しても、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に略一定の大きさの押付力を継続的に安定して伝達することができる。
【００６８】
(4) この第２実施形態では、押付力発生部２０側の駆動部２２ａとすり板Ｃ1側の被駆動部２２ｅとを押付力伝達部２２が磁力によって連結可能であり、押付力伝達部２２がこの磁力を可変することによってこの駆動部２２ａ側からこの被駆動部２２ｅ側に伝達する押付力を可変する。このため、磁力を可変することによってすり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力を簡単に制御することができる。
【００６９】
(5) この第２実施形態では、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に伝達する押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを押付力伝達部２２が備えている。このため、安価で耐久性の高いパウダクラッチを使用することによって、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力を安定化させることができる。
【００７０】
(6) この第２実施形態では、集電装置１２の走行速度に応じて押付力伝達部２２が押付力を可変する。このため、例えば、集電装置１２の走行速度が上昇するとすり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が変動するようなときに、押付力発生部２０が発生する押付力を集電装置１２の走行速度に応じて押付力伝達部２２によって可変して接触力の変動を抑えることができる。
【００７１】
(7) この第２実施形態では、集電装置１２の進行方向に応じて押付力伝達部２２が押付力を可変する。このため、例えば、枠組１５に対してすり板Ｃ1を前にして進行する場合と、枠組１５に対してすり板Ｃ1を後にして進行する場合とで、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が変動するようなときに、押付力発生部２０が発生する押付力を集電装置１２の走行速度に応じて押付力伝達部２２によって可変して接触力の変動を抑えることができる。
【００７２】
（第３実施形態）
図７は、この発明の第３実施形態に係る集電装置の接触力制御装置を概略的に示す斜視図である。以下では、図１及び図２に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図７に示す導電レールＴ2は、集電装置２９の集電靴Ｃ2が摺動する電車線路（第三レール）であり、支持碍子によって支持された状態で軌道の側方に沿って軌道と平行に敷設されている。導電レールＴ2は、鉄道車両の車輪を支持する通常の走行用レールとは異なり、車両に電力を供給するための集電用レールであり、車両に負荷電流を供給することを目的として使用される。集電靴Ｃ2は、導電レールＴ2と接触する集電部であり、鉄道車両の台車の両側に絶縁物を介して取り付けられている金属製又はカーボン製の部材である。
【００７３】
集電装置２９は、導電レールＴ2から車両に電力を導くための装置である。図７に示す集電装置２９は、導電レールＴ2の長さ方向に沿ってＤ3，Ｄ4方向に集電靴Ｃ2を移動させながら、導電レールＴ2の頭頂面に集電靴Ｃ2の下面を摺動させて集電する第三軌条式の集電装置である。集電装置２９は、集電靴Ｃ2とこの集電靴Ｃ2が接触する導電レールＴ2との間の接触力を制御する接触力制御装置２と、集電靴Ｃ2を導電レールＴ2に押し付ける押付力を設定する設定装置８と、集電装置２９を制御するための種々の情報を記憶する記憶装置９と、接触力制御装置２の動作を制御する主制御装置１０と、集電靴Ｃ2を移動自在にガイドするガイド装置１１などを備えている。この発明の第３実施形態には、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果がある。
【００７４】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、集電試験装置１及び集電装置１２，２９に接触力制御装置２，１９を適用した場合を例に挙げて説明したが、これらの装置に適用する場合に限定するものではない。例えば、運搬機械又はエレベータなどのような移動体の集電装置、高速で摺動しながら種々の試験を実施する試験装置などについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、歯車機構部４が歯車装置である場合を例に挙げて説明したが、ベルトやチェーンなどの巻き掛け伝動装置を用いる場合や、モータ軸とクラッチ軸（入力軸）とを直結したりカップリング（軸継手）を介して接続したりするような伝動装置を用いない場合などについてもこの発明を適用することができる。
【００７５】
(2) この第１実施形態では、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2とが接触する集電試験装置１を例に挙げて説明したがこのような集電試験装置１に限定するものではなく、接触部と被接触部とが接触するような構造の他の装置についてもこの発明を適用することができる。また、この第１実施形態では、集電装置１２の走行速度又は進行方向に応じて接触力を制御する場合を例に挙げて説明したが、これらの接触力の制御方法は一例であり、集電装置１２の揚力特性に応じて任意の制御方法を適用することができる。さらに、この第１実施形態及び第２実施形態では、シングルアーム式の集電装置及び第三軌条方式の集電装置を例に挙げて説明したが、菱型又は翼型などの他の形式の集電装置についてもこの発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置を備える集電試験装置を概略的に示す平面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置を備える集電試験装置を概略的に示す斜視図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部を模式的に示す断面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部の励磁電流とトルク特性との関係を一例として示すグラフである。
【図５】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部の相対回転数とトルク特性との関係を一例として示すグラフである。
【図６】この発明の第２実施形態に係る集電装置の接触力制御装置を概略的に示す斜視図である。
【図７】この発明の第３実施形態に係る集電装置の接触力制御装置を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 集電試験装置
２ 接触力制御装置
３ 押付力発生部
３ａ 駆動モータ
４ 歯車機構部
５ 押付力伝達部
５ａ 駆動部
５ｂ 電磁石
５ｃ 励磁コイル
５ｄ 電流制御部
５ｅ 被駆動部
５ｆ 粉体
６ 軸継手部
７ 歯車機構部
７ａ ピニオン
７ｂ ラック
１０ 主制御装置
１１ ガイド装置
１１ａ スライド部
１１ｂ ガイドレール
１２ 集電装置
１３ 集電舟
１４ 舟支え部
１５ 枠組
１６ 主軸
１７，１８ 支持部
１９ 接触力制御装置
２０ 押付力発生部
２０ａ 駆動モータ
２１ 歯車機構部
２２ 押付力伝達部
２２ａ 駆動部
２２ｄ 電流制御部
２２ｅ 被駆動部
２３ 軸継手部
２４ 走行速度検出装置
２５ 進行方向検出装置
２６ 設定装置
２７ 記憶装置
２８ 主制御装置
２９ 集電装置
Ｐ1 すり板試験片（接触部）
Ｐ2 トロリ線試験片（被接触部）
Ｃ1 すり板（集電部）
Ｃ2 集電靴（集電部）
Ｔ1 トロリ線（電車線路）
Ｔ2 導電レール（電車線路）
Ｄ1，Ｄ2 方向（進行方向）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、接触部と被接触部との間の接触力を制御する接触力制御装置、及び集電装置の集電部とこの集電部が接触する電車線路との間の接触力を制御する集電装置の接触力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
接触部を被接触部に接触させながら移動する摺動装置には、架線のトロリ線に電気鉄道用のパンタグラフのすり板を接触させる集電装置や、導電レールに集電靴を接触させる第三軌条式の集電装置をはじめとして、モータ用のブラシ、クレーンやエレベータの集電装置など様々な形態の装置がある。これらの集電装置は、一般にばねやダンパを用いた受動的な緩衝機構で摺動するものが殆どである。従来の集電装置は、車体に固定された固定脚部と、この固定脚部に対して摺動自在に挿入された可動脚部と、この可動脚部に取り付けられて架線のトロリ線と接触する集電板と、この集電板をトロリ線に押し付ける押付用ばねなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の集電装置では、一定の押付力を得るために、比較的ばね定数の小さい押付用ばねが使用される場合が多い。
【０００３】
また、架線のトロリ線を模擬した模擬トロリ線に、パンタグラフのすり板を模擬した模擬すり板を摺動させて、模擬トロリ線又は模擬すり板の摩耗状態を測定する集電摩耗試験装置がある。従来の集電摩耗試験装置は、外周部に模擬トロリ線を取り付けた状態で中心軸回りに回転する回転板と、この模擬トロリ線と接触する模擬すり板を支持する支持板と、模擬トロリ線に模擬すり板が押し付けられるように支持板を回転板に向かって付勢するばねなどを備えている（例えば、特許文献２参照）。このような従来の集電摩耗試験装置では、従来の集電装置と同様に、一定の押付力を得るために、比較的ばね定数の小さいばねが使用される場合が多い。
【０００４】
【特許文献１】特開平6-153308号公報
【０００５】
【特許文献２】特開2004-93137号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の集電装置及び従来の集電摩耗試験装置では、あらかじめ使用前に押付力を変更することは可能であるが、例えば走行中や試験中に速度に応じて押付力を変更するなど、使用中に押付力の変更や制御を行うことはできない問題点がある。このような問題点を解決するために、接触力を制御しながら摺動を行う集電装置が電気鉄道用のパンタグラフとして一部開発されているが、実用レベルには達していない。また、電気鉄道のパンタグラフや集電靴では、離線によるアーク発生や過大な接触力によってトロリ線や集電レールの摩耗が起こることがわかっており、この摩耗が保守のためのコストに大きく影響してしまう問題点がある。
【０００７】
この発明の課題は、接触部と被接触部との間の接触力を簡単に制御することができるとともに、接触部の動作にかかわらず押付力を略一定にすることができる接触力制御装置及び集電装置の接触力制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１及び図２に示すように、接触部（Ｐ1）と被接触部（Ｐ2）との間の接触力を制御する接触力制御装置であって、前記接触部を前記被接触部に押し付ける押付力を発生する押付力発生部（３）と、前記押付力発生部側から前記接触部側に前記押付力を伝達する押付力伝達部（５）とを備え、前記押付力伝達部は、前記押付力を可変して伝達可能であることを特徴とする接触力制御装置（２）である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記接触部側から前記押付力発生部側に伝達しようとする前記押付力とは逆方向の力を緩和することを特徴とする接触力制御装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記接触部の動作にかかわらず、前記押付力発生部側から前記接触部側に前記押付力を略一定に伝達することを特徴とする接触力制御装置である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、図３に示すように、前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側の駆動部（５ａ）と前記接触部側の被駆動部（５ｅ）とを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部側からこの被駆動部側に伝達する前記押付力を可変することを特徴とする接触力制御装置である。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側から前記接触部側に伝達する前記押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを備えることを特徴とする接触力制御装置である。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、前記接触部は、実際の集電装置のすり板を模擬したすり板試験片（Ｐ1）であり、前記被接触部は、前記実際の集電装置のすり板が摺動する実際のトロリ線を模擬したトロリ線試験片（Ｐ2）であることを特徴とする接触力制御装置である。
【００１４】
請求項７の発明は、図６及び図７に示すように、集電装置（１２；２９）の集電部（Ｃ1；Ｃ2）とこの集電部が接触する電車線路（Ｔ1；Ｔ2）との間の接触力を制御する集電装置の接触力制御装置であって、前記集電部を前記電車線路に押し付ける押付力を発生する押付力発生部（２０）と、前記押付力発生部側から前記集電部側に前記押付力を伝達する押付力伝達部（２２）とを備え、前記押付力伝達部は、前記押付力を可変して伝達可能であることを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７に記載の集電装置の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記集電部側から前記押付力発生部側に伝達しようとする前記押付力とは逆方向の力を緩和することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の集電装置の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記集電部の動作にかかわらず、前記押付力発生部側から前記集電部側に前記押付力を略一定に伝達することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側の駆動部（２２ａ）と前記接触部側の被駆動部（２２ｅ）とを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部側からこの被駆動部側に伝達する前記押付力を可変することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１８】
請求項１２の発明は、請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側から前記集電部側に伝達する前記押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを備えることを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項７から請求項１１までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、図６に示すように、前記押付力伝達部は、前記集電装置の走行速度に応じて前記押付力を可変することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項７から請求項１２までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、図６に示すように、前記押付力伝達部は、前記集電装置の進行方向（Ｄ1，Ｄ2）に応じて前記押付力を可変することを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項７から請求項１３までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、図６に示すように、前記集電部は、前記集電装置（１２）のすり板（Ｃ1）であり、前記電車線路は、前記集電装置のすり板が摺動するトロリ線（Ｔ1）であることを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【００２２】
請求項１５の発明は、請求項７から請求項１３までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、図７に示すように、前記集電部は、前記集電装置（２９）の集電靴（Ｃ2）であり、前記電車線路は、前記集電装置の集電靴が摺動する導電レール（Ｔ2）であることを特徴とする集電装置の接触力制御装置である。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によると、接触部と被接触部との間の接触力を簡単に制御することができるとともに、接触部の動作にかかわらず押付力を略一定にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置を備える集電試験装置を概略的に示す平面図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置を備える集電試験装置を概略的に示す斜視図である。
【００２５】
図１及び図２に示すすり板試験片Ｐ1は、実際の集電装置のすり板を模擬した試験片である。すり板試験片Ｐ1は、電気車の集電装置の上部に取り付けられるすり板と同じ材質であり、カーボンを主原料として焼成した部材、鉄若しくは銅などの金属粉に潤滑性を有する黒鉛若しくはすずなどの低融点金属とクロム、モリブデンなどの硬質金属とを混合して加熱成型し焼結した部材などである。すり板試験片Ｐ1は、外観が長板状の部材であり、トロリ線試験片Ｐ2と接触する側の表面が平面状に形成されている。
【００２６】
トロリ線試験片Ｐ2は、実際の集電装置のすり板が摺動する実際のトロリ線を模擬した試験片である。トロリ線試験片Ｐ2は、電気車の集電装置のすり板が摺動しこの電気車に負荷電流を供給する電線であるトロリ線と同じ材質であり、銀又はすずなどを僅かに含有する銅合金又は硬銅である。トロリ線試験片Ｐ2は、実際のトロリ線とは異なり外観が円板状の部材であり、すり板試験片Ｐ1と接触する側の表面が平面状に形成されており、図示しない回転体に着脱自在に装着されて中心線Ｏ1を回転中心として回転する。
【００２７】
集電試験装置１は、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2とを接触させて種々の試験を実施する装置である。集電試験装置１は、例えば、実際のトロリ線と実際のすり板との摺動状況を模擬するために、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間に通電させている。集電試験装置１は、トロリ線試験片Ｐ2を回転させた状態ですり板試験片Ｐ1を摺動させ、すり板試験片Ｐ1及びトロリ線試験片Ｐ2の摩耗を調査する集電摩耗試験機（高速集電材摩耗試験機）などである。集電試験装置１は、接触力制御装置２と、設定装置８と、記憶装置９と、主制御装置１０と、ガイド装置１１などを備えている。集電試験装置１は、接触力制御装置２によって押付力を制御して摩耗状態及び集電性能などを測定する。
【００２８】
接触力制御装置２は、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力を制御する装置である。接触力制御装置２は、すり板試験片Ｐ1側に伝達する押付力を制御して、すり板試験片Ｐ1の動作にかかわらず押付力が略一定になるように制御する。接触力制御装置２は、押付力発生部３と、歯車機構部４と、押付力伝達部５と、軸継手部６と、歯車機構部７などを備えている。
【００２９】
押付力発生部３は、すり板試験片Ｐ1をトロリ線試験片Ｐ2に押し付ける押付力を発生する部分である。押付力発生部３は、駆動モータ３ａなどを備えている。駆動モータ３ａは、歯車機構部４の歯車４ａを回転駆動する駆動力を発生する部分である。駆動モータ３ａは、歯車４ａを駆動する駆動軸を有する電動モータ又は油圧モータなどであり、主制御装置１０が出力する電気信号（電流指令値）に基づいて所定の回転数で回転し所定のトルクを発生する。
【００３０】
歯車機構部４は、押付力発生部３が発生する押付力を押付力伝達部５に伝達する部分であり、歯車４ａと歯車４ｂなどを備えている。歯車４ａは、駆動モータ３ａの駆動軸と一体となって回転する平歯車であり、この駆動軸に止めねじなどの固定部材によって取り付けられている。歯車４ｂは、歯車４ａと噛み合って回転する平歯車であり、押付力伝達部５の駆動部５ａに止めねじなどの固定部材によって取り付けられている。
【００３１】
図３は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部を模式的に示す断面図である。
図１及び図２に示す押付力伝達部５は、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側に押付力を伝達する部分であり、この押付力を可変して伝達可能である。押付力伝達部５は、すり板試験片Ｐ1の動作にかかわらず、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1に押付力を略均一に伝達するが、すり板試験片Ｐ1側から押付力発生部３側に伝達しようとする押付力とは逆方向の力を緩和する。押付力伝達部５は、例えば、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側に伝達する押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチである。押付力伝達部５は、図１〜図３に示す駆動部５ａと、図３に示す電磁石５ｂと、励磁コイル５ｃと、図１及び図２に示す電流制御部５ｄと、図１〜図３に示す被駆動部５ｅと、図３に示す粉体（パウダ）５ｆと、軸受５ｇ，５ｈなどを備えている。図３に示すように、押付力伝達部５は、励磁コイル５ｃが通電状態になって電磁石５ｂが磁界を発生するときには、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の粉体５ｆを磁束によって結合させて、駆動部５ａと被駆動部５ｅとを連結し駆動部５ａから被駆動部５ｅにトルクを伝達する。一方、押付力伝達部５は、励磁コイル５ｃが非通電状態になって電磁石５ｂが磁界を発生しないときには、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の粉体５ｆを分散させて磁束による結合を解除させて、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの連結を解除し駆動部５ａから被駆動部５ｅへのトルクの伝達を遮断する。このように、押付力伝達部５は、押付力発生部３側の駆動部５ａとすり板試験片Ｐ1側の被駆動部５ｅとを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部５ａ側から被駆動部５ｅ側に伝達する押付力を可変する。
【００３２】
図１〜図３に示す駆動部５ａは、押付力発生部３が発生する押付力によって回転駆動する部分である。駆動部５ａは、一方の端部に歯車機構部４の歯車４ｂが取り付けられており、歯車４ｂの回転が伝達されて歯車４ｂと一体となって中心線Ｏ2を回転中心として回転する。駆動部５ａは、押付力発生部３が発生するトルクが入力する入力軸（駆動軸）である。
【００３３】
図３に示す電磁石５ｂは、電流が流れることによって磁力を発生する部材である。電磁石５ｂは、被駆動部５ｅと所定の隙間を形成するようにこの被駆動部５ｅと対向して駆動部５ａの内周部に配置されている。励磁コイル５ｃは、電磁石５ｂの外周部に巻き付けられた部材であり、図１及び図２に示す電流制御部５ｄが出力する電気信号（電流指令値）に応じて電磁石５ｂに磁力を発生させる。電流制御部５ｄは、励磁コイル５ｃに流れる励磁電流を制御する部分であり、励磁コイル５ｃに流れる電流を主制御装置１０からの指令に基づいて制御する。
【００３４】
図１〜図３に示す被駆動部５ｅは、駆動部５ａとの間に作用する磁力によって連結して回転駆動する部分である。被駆動部５ｅは、磁性体によって形成されており、図３に示すように駆動部５ａの内周部に回転自在に配置されている。被駆動部５ｅは、駆動部５ａの回転が伝達されて中心線Ｏ2を回転中心として回転する軸部５ｉと、この軸部５ｉの外周部に形成されており駆動部５ａとの間に所定の隙間をあけて対向するフランジ部５ｊとを備えている。被駆動部５ｅは、押付力発生部３が発生するトルクを出力する出力軸（従動軸）である。
【００３５】
粉体５ｆは、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の間隙部に収容される磁性粉である。粉体５ｆは、励磁コイル５ｃが通電状態になって電磁石５ｂが磁力を発生しているときには、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間で磁束によって結合し、駆動部５ａと被駆動部５ｅとを連結状態にする。一方、粉体５ｆは、励磁コイル５ｃが非通電状態になって電磁石５ｂが磁力を発生していないときには、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の間隙部で分散して、駆動部５ａと被駆動部５ｅとを空転状態にする。軸受５ｇ，５ｈは、駆動部５ａ及び被駆動部５ｅを中心線Ｏ2回りに回転自在に支持する部材である。軸受５ｇ，５ｈは、駆動部５ａの内周部と軸部５ｉの外周部との間に嵌め込まれて装着されている。
【００３６】
図４は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部の励磁電流とトルク特性との関係を一例として示すグラフである。図５は、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部の相対回転数とトルク特性との関係を一例として示すグラフである。ここで、図４に示す縦軸は伝達トルク（％）であり、横軸は励磁電流（％）である。また、図５に示す縦軸は伝達トルク（％）であり、横軸は相対回転数（rpm/min）である。
押付力伝達部５は、図４に示すように、励磁電流（定格電流）に対する伝達トルクの特性が励磁電流の約10〜100％の広範囲にわたって略直線性を示しており、励磁電流を制御することによって、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の摩擦係数を可変して伝達トルクを容易に制御可能である。また、押付力伝達部５は、図５に示すように、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の相対回転数（スリップ回転数）が変化しても、励磁電流に応じて伝達トルクが略一定の値を示しており、駆動部５ａから被駆動部５ｅに略一定のトルクを伝達し、被駆動部５ｅから駆動部５ａにこのトルクと逆方向のトルクが伝達するのを阻止する。
【００３７】
図１及び図２に示す軸継手部６は、押付力伝達部５の被駆動部５ｅ側に回転軸と歯車機構部７のピニオン７ａ側の回転軸とを連結する部分である。軸継手部６は、例えば、図３に示す被駆動部５ｅの軸部５ｉの端部と図１及び図２に示すピニオン７ａの回転軸の端部とにそれぞれ装着されたフランジ同士を接合して、複数本のボルトによって連結し、これらの回転軸が僅かに偏心していてもトルクを伝達可能なフランジ形たわみ軸継手などである。
【００３８】
図１及び図２に示す歯車機構部７は、押付力伝達部５が伝達する押付力をすり板試験片Ｐ1に伝達する部分である。歯車機構部７は、ピニオン７ａとラック７ｂなどを備えており、回転運動を直線運動に変換する動作変換部として機能する。ピニオン７ａは、軸継手部６の回転軸と一体となって回転する小口径の歯車であり、押付力伝達部５から軸継手部６を通じて伝達されるトルクによって回転する。ラック７ｂは、ピニオン７ａと噛み合って往復運動する部材であり、板状部材の長さ方向の表面に沿ってピニオン７ａと噛み合う歯が連続して形成されている。ラック７ｂは、ガイド装置１１のスライド部１１ａに固定されている。
【００３９】
設定装置８は、すり板試験片Ｐ1をトロリ線試験片Ｐ2に押し付ける押付力を設定する装置である。設定装置８は、集電試験装置１によって試験を実施するときの押付力（設定値）を試験者が設定する入力装置などである。設定装置８は、試験者は設定した押付力を押付力情報として主制御装置１０に出力する。設定装置８は、集電試験装置１によって試験を実施中に押付力を変更するときにも試験者によって操作される。
【００４０】
記憶装置９は、接触力制御装置２を制御するための種々の情報を記憶する装置である。記憶装置９は、例えば、押付力に対応する電流指令値を押付力−電流指令値情報として予めデータベース化して記憶するメモリであり、主制御装置１０が駆動モータ３ａに出力する電流指令値と、電流制御部５ｄが励磁コイル５ｃに出力する電流指令値とを、設定装置８が出力する押付力情報とに対応させて記憶している。
【００４１】
主制御装置１０は、接触力制御装置２の種々の動作を制御する装置である。主制御装置１０は、例えば、励磁コイル５ｃに流れる電流の制御を電流制御部５ｄに指令したりする中央処理部（CPU）である。主制御装置１０は、設定装置８が出力する押付力情報に基づいて、記憶装置９が記憶する押付力−電流指令値情報を参照して最適な電流指令値を検索する。主制御装置１０は、設定装置８によって設定された押付力を押付力発生部３が発生するように、この最適な電流指令値を駆動モータ３ａに出力するとともに、押付力伝達部５が略一定の押付力を伝達するように、この最適な電流指令値を電流制御部５ｄに出力する。主制御装置１０には、駆動モータ３ａと、電流制御部５ｄと、設定装置８と、記憶装置９とが接続されている。
【００４２】
ガイド装置１１は、すり板試験片Ｐ1を移動自在にガイドする装置である。ガイド装置１１は、スライド部１１ａと、ガイドレール部１１ｂなどを備えている。ガイド装置１１は、例えば、スライド部１１ａ側の溝とガイドレール部１１ｂ側の溝との間に挟み込まれたボールを転動させて、ガイドレール部１１ｂに沿ってスライド部１１ａを進退自在にガイドするリニアガイド装置などである。スライド部１１ａは、ガイドレール１１ｂによってガイドされる部分である。スライド部１１ａは、すり板試験片Ｐ1及び歯車機構部７のラック７ｂを支持した状態で、これらのすり板試験片Ｐ1及びラック７ｂと一体となって前後方向に移動する板状部材である。スライド部１１ａの一方の端部には、すり板試験片Ｐ1がボルトなどの固定部材によって着脱自在に取り付けられており、スライド部１１ａの縁部にはラック７ｂがボルトなどの固定部材によって取り付けられている。スライド部１１ａは、このスライド部１１ａとすり板試験片Ｐ1との間を電気的に絶縁するための絶縁材を備えている。ガイドレール部１１ｂは、スライド部１１ａを移動自在にガイドする部分であり、スライド部１１ａの移動方向に沿って配置されている。
【００４３】
次に、この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の動作を説明する。
図１及び図２に示す設定装置８によって押付力が設定されると、主制御装置１０が駆動モータ３ａに駆動電流を流すとともに、主制御装置１０が電流指令値を電流制御部５ｄに出力し、電流制御部５ｄが励磁コイル５ｃに励磁電流を流す。駆動モータ３ａが回転駆動して歯車４ａを回転させると歯車４ｂも回転して駆動部５ａが回転する。図３に示す励磁コイル５ｃに励磁電流が流れると電磁石５ｂが磁力を発生して、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間に磁界が発生してこれらの間に粉体５ｆが吸着される。その結果、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の粉体５ｆが磁束によって結合し、駆動部５ａと被駆動部５ｅとが連結状態になって、駆動部５ａから被駆動部５ｅに押付力が伝達される。押付力発生部３が発生する押付力が設定装置８によって設定された押付力に達すると、被駆動部５ｅに対して駆動部５ａがすべりながら駆動部５ａから被駆動部５ｅに継続して略一定の大きさのトルクが伝達される。また、駆動モータ３ａが一定の回転数で回転して駆動部５ａに伝達される一定のトルクを制御する必要があるときには、電流制御部５ｄが励磁コイル５ｃに流す励磁電流を可変する。このため、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間の磁力が変化して、駆動部５ａと被駆動部５ｅとの間で吸着される粉体５ｆの量が増減する。その結果、駆動部５ａから被駆動部５ｅに伝達される押付力が変化して、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が調整される。
【００４４】
被駆動部５ｅから軸継手部６を通じてピニオン７ａにトルクが伝達されると、ラック７ｂ及びスライド部１１ａに押付力が伝達されて、中心線Ｏ1回りに回転するトロリ線試験片Ｐ2にすり板試験片Ｐ1が略一定の押付力で押し付けられる。トロリ線試験片Ｐ2にすり板試験片Ｐ1が摺動するときに、トロリ線試験片Ｐ2の接触面の凹凸やすり板試験片Ｐ1の接触面の凹凸などに起因して、すり板試験片Ｐ1の位置変動又は速度変動が生じると、すり板試験片Ｐ1の動作が変化して押付力が変動しようとする。例えば、すり板試験片Ｐ1が前進する方向（押し付けられる方向）に移動すると、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が増加しようとし、すり板試験片Ｐ1が後退する方向（押し戻される方向）に移動すると、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が低下しようとする。しかし、駆動部５ａから被駆動部５ｅに略一定の押付力が継続して伝達されるため、トロリ線試験片Ｐ2に対してすり板試験片Ｐ1が追従してすり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が略一定に維持される。また、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2との間の接触力が増加しようとすると、この接触力の増加分に相当する力（押付力とは逆方向の力）が被駆動部５ｅから駆動部５ａを通じて駆動モータ３ａに伝達されようとする。しかし、駆動部５ａと被駆動部５ｅとが機械的に連結されておらず磁気的に連結されているため、被駆動部５ｅが逆転しても駆動部５ａに対して被駆動部５ｅがすべり、接触力の増加分に相当する力が被駆動部５ｅと駆動部５ａとの間で吸収されて、被駆動部５ｅから駆動部５ａに殆ど伝達されない。
【００４５】
この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置は、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、すり板試験片Ｐ1をトロリ線試験片Ｐ2に押し付ける押付力を押付力発生部３が発生し、この押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側にこの押付力を押付力伝達部５が伝達し、この押付力伝達部５がこの押付力を可変して伝達可能である。このため、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2とを接触させた状態で押付力を容易に変更したり制御したりすることが可能になって、トロリ線試験片Ｐ2に対するすり板試験片Ｐ1の追従性を向上させることができる。その結果、すり板試験片Ｐ1がトロリ線試験片Ｐ2から離れてアークが発生したり、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2とが過大な接触力によって接触したりして、すり板試験片Ｐ1やトロリ線試験片Ｐ2が必要以上に摩耗するのを低減することができる。
【００４６】
(2) この第１実施形態では、すり板試験片Ｐ1側から押付力発生部３側に伝達しようとする押付力とは逆方向の力を押付力伝達部５が緩和する。このため、押付力とは逆方向の力によって押付力発生部３に不必要な大きな力が作用するのを防ぐことができる。その結果、駆動モータ３ａが破損するような危険な事態が発生するのを防ぐことができる。
【００４７】
(3) この第１実施形態では、すり板試験片Ｐ1の動作にかかわらず、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側に押付力伝達部５が押付力を略一定に伝達する。例えば、すり板試験片Ｐ1が前進する方向（押し付けられる方向）に動く場合には、押付力Ｆp＝モータが発生する力Ｆm−減速機などによる摩擦により損失の力Ｆfとなる。一方、すり板試験片Ｐ1が後退する方向（押し戻される方向）に動く場合には、押付力Ｆp＝モータが発生する力Ｆm＋減速機などによる摩擦により損失の力Ｆfとなる。この第１実施形態では、駆動モータや減速機を回転するときに作用する抵抗（減速機などによる摩擦により損失の力Ｆf）などの影響を受け難くなるため、すり板試験片Ｐ1が前進する方向に動く場合の押付力Ｆpと、すり板試験片Ｐ1が後退する方向に動く場合の押付力Ｆpとの差が小さくなり、押付力伝達部５が略一定の押付力を継続して伝達することができる。
【００４８】
(4) この第１実施形態では、押付力発生部３側の駆動部５ａとすり板試験片Ｐ1側の被駆動部５ｅとを押付力伝達部５が磁力によって連結可能であり、押付力伝達部５がこの磁力を可変することによって駆動部５ａ側から被駆動部５ｅ側に伝達する押付力を可変する。このため、磁力を可変することによって押付力を簡単に制御することができる。また、被駆動部５ｅに対して駆動部５ａを空転させることができるため、押付力とは逆方向の力がすり板試験片Ｐ1側から押付力発生部３側に伝達するのを防ぎ、駆動部５ａから被駆動部５ｅに押付力を安定して伝達することができる。
【００４９】
(5) この第１実施形態では、押付力発生部３側からすり板試験片Ｐ1側に伝達する押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを押付力伝達部５が備えている。このため、押付力を励磁電流によって容易に制御することができるとともに、パウダクラッチの定トルク性によって押付力を安定化させることができる。また、安価で耐久性の高いパウダクラッチを使用することによって、接触力制御装置２を低コストで製造することができるとともに、保守のためのコストを低減することができる。さらに、電動機やシリンダなどによって押付力を変化させる場合に比べて、パウダクラッチによって押付力を変化させる場合には、慣性質量が小さくなるため同じ出力であるときには応答性を高くすることができる。例えば、モータを使用する場合には、ロータ、軸及び減速機の慣性モーメントが応答性に影響を与えるが、パウダクラッチを使用する場合には出力軸の慣性モーメントのみが影響を与え全体として慣性モーメントが比較的小さくなって応答性を向上させることができる。
【００５０】
（第２実施形態）
図６は、この発明の第２実施形態に係る集電装置の接触力制御装置を概略的に示す斜視図である。以下では、図１〜図３に示す部分と対応する部分については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
図６に示すトロリ線Ｔ1は、集電装置１２のすり板Ｃ1が摺動する電車線路（電線）であり、線路上空に架設されている。トロリ線Ｔ1は、所定の間隔をあけて支持点で支持されており、集電装置１２のすり板Ｃ1が摺動することによって車両に負荷電流を供給する。すり板Ｃ1は、トロリ線Ｔ1と接触する集電部であり、車両の進行方向と直交する方向に伸びた金属製又は炭素製の板状部材である。
【００５１】
集電装置１２は、トロリ線Ｔ1から車両に電力を導くための装置である。集電装置１２は、集電舟（舟体）１３と、舟支え部１４と、枠組１５と、主軸１６と、支持部１７，１８と、接触力制御装置１９と、走行速度検出装置２４と、進行方向検出装置２５と、設定装置２６と、記憶装置２７と、主制御装置２８などを備えている。図６に示す集電装置１２は、車両の進行方向に対して非対称であり、一方向又は両方向に使用可能なシングルアーム式のパンタグラフである。集電装置１２は、接触力制御装置１９が主軸１６をＡ1方向に回転すると、集電舟１３及び枠組１５が上昇し折畳状態から使用状態になる。一方、集電装置１２は、接触力制御装置１９が主軸１６をＡ1方向とは逆方向のＡ2方向に回転すると、集電舟１３及び枠組１５が下降して使用状態から折畳状態になる。
【００５２】
集電舟１３は、すり板Ｃ1を取り付けて支持する部材であり、一般にトロリ線Ｔ1と直交する方向に伸びた細長い金属製の部材である。舟支え部１４は、集電舟１３を支持する部分であり、集電舟１３をトロリ線Ｔ1に対して水平に押上げるとともに、集電舟１３にばねによる緩衝作用を与えている。枠組１５は、集電舟１３を支持した状態で上下方向に動作する部材であり、上枠１５ａと、下枠１５ｂと、平衡棒１５ｃと、釣り合い棒１５ｄなどを備えるリンク機構である。上枠１５ａは、上端が舟支え部１４に回転自在に連結される部材である。下枠１５ｂは、上端が上枠１５ａに回転自在に連結され、下端が主軸１６のてこ部１６ａに固定される部材である。平衡棒１５ｃは、集電舟１３及び舟支え部１４を所定の姿勢に維持するための部材であり、上端が舟支え部１４に回転自在に連結され、下端が下枠１５ｂに回転自在に連結されている。釣り合い棒１５ｄは、上端が上枠１５ａに回転自在に連結され、下端が支持部１８に回転自在に連結される部材である。主軸１６は、枠組１５の昇降動作に連動して回転する部材である。主軸１６は、枠組１５の下枠１５ｂが連結されるてこ部１６ａなどを備えており、このてこ部１６ａは、主軸１６を支点として主軸１６と一体となって回転する。支持部１７は、主軸１６の両端部を回転自在に支持する部分であり、支持部１８は枠組１５の釣り合い棒１５ｄを回転自在に支持する部分である。支持部１７，１８は、車体の屋根上に碍子を介して支持される台枠上に取り付けられている。
【００５３】
接触力制御装置１９は、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力を制御する装置である。接触力制御装置１９は、すり板Ｃ1側に伝達する押付力（押上げ力）を制御して、すり板Ｃ1の動作にかかわらず押付力が略一定になるように制御する。接触力制御装置１９は、図１及び図２に示す接触力制御装置２と略同一構造であり、図６に示すように押付力発生部２０と、歯車機構部２１と、押付力伝達部２２と、軸継手部２３などを備えている。
【００５４】
押付力発生部２０は、すり板Ｃ1をトロリ線Ｔ1に押し付ける押付力を発生する部分であり、図１及び図２に示す押付力発生部３と同様に、駆動モータ２０ａなどを備えている。歯車機構部２１は、押付力発生部２０が発生する押付力を押付力伝達部２２に伝達する部分である。歯車機構部２１は、図１及び図２に示す歯車機構部４と同様に歯車２１ａと歯車２１ｂなどを備えている。
【００５５】
押付力伝達部２２は、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に押付力を伝達する部分であり、この押付力を可変して伝達可能である。押付力伝達部２２は、すり板Ｃ1の動作にかかわらず、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1に押付力を略均一に伝達するが、すり板Ｃ1側から押付力発生部２０側に伝達しようとする押付力とは逆方向の力を緩和する。押付力伝達部２２は、図１及び図２に示す押付力伝達部５と同様のパウダクラッチであり、図６に示すように駆動部２２ａと、電流制御部２２ｄと、被駆動部２２ｅなどを備えている。押付力伝達部２２は、押付力発生部２０側の駆動部２２ａとすり板Ｃ1側の被駆動部２２ｅとを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部２２ａ側から被駆動部２２ｅ側に伝達する押付力を可変する。押付力伝達部２２は、集電装置１２の走行速度に応じて押付力を可変したり、集電装置１２の進行方向に応じて押付力を可変したりする。軸継手部２３は、被駆動部２２ｅの軸部と集電装置１２の主軸１６とを連結する部分であり、図１及び図２に示す軸継手部６と同様のフランジ形たわみ軸継手などである。
【００５６】
走行速度検出装置２４は、集電装置１２の走行速度を検出する装置である。走行速度検出装置２４は、例えば、車両の車輪の回転数に応じて速度発電機が発生する距離パルス信号に基づいて車両の速度を演算し、この演算結果を走行速度情報として主制御装置２８に出力する。
【００５７】
進行方向検出装置２５は、集電装置１２の進行方向を検出する装置である。進行方向検出装置２５は、例えば、車両の加速度を検出してこの車両の進行方向を検出する加速度センサなどの振動検出装置である。進行方向検出装置２５は、枠組１５に対してすり板Ｃ1が進行方向後側になってＤ1方向（なびき方向）に集電装置１２が進行する場合と、枠組１５に対してすり板Ｃ1が進行方向前側になってＤ2方向（反なびき方向）に集電装置１２が進行する場合とを検出し、この検出結果を進行方向情報として主制御装置２８に出力する。
【００５８】
設定装置２６は、すり板Ｃ1をトロリ線Ｔ1に押し付ける押付力を設定する装置である。設定装置２６は、車両が走行するときの押付力（設定値）を乗務員が設定する入力装置などであり、乗務員によって設定された押付力を押付力情報として主制御装置２８に出力する。設定装置２６は、走行中に押付力を変更するときにも乗務員によって操作される。設定装置２６は、例えば、押付力を手動で設定する第１の設定モードと、走行速度に応じて押付力を自動的に設定する第２の設定モードと、進行方向に応じて押付力を自動的に設定する第３の設定モードと、走行速度及び進行方向の双方に応じて押付力を自動的に設定する第４の設定モードとを選択し切り替えるときにも操作される。
【００５９】
記憶装置２７は、集電装置１２を制御するための種々の情報を記憶する装置である。記憶装置２７は、図１及び図２に示す記憶装置９と同様に、押付力に対応する最適な電流指令値を押付力−電流指令値情報として予めデータベース化して記憶するメモリである。記憶装置２７は、例えば、集電装置１２の走行速度に応じてこの集電装置１２に作用する揚力が変化するような揚力特性を有する集電装置１２であるときには、走行速度に対応する押付力を発生するための最適な電流指令値を走行速度−電流指令値情報として予めデータベース化して記憶する。また、記憶装置２７は、例えば、集電装置１２の進行方向に応じて集電装置１２に作用する揚力が変化するような揚力特性を集電装置１２が有するときには、進行方向に対応する最適な押付力を発生するための電流指令値を進行方向−電流指令値情報として予めデータベース化して記憶する。
【００６０】
主制御装置２８は、接触力制御装置１９の種々の動作を制御する装置であり、図１及び図２に示す主制御装置１０と同様の中央処理部（CPU）である。主制御装置２８は、設定装置８が出力する押付力情報に基づいて記憶装置２７が記憶する押付力−電流指令値情報を参照して最適な電流指令値を検索したり、走行速度検出装置２４が出力する走行速度情報に基づいて記憶装置２７が記憶する走行速度−電流指令値情報を参照して最適な電流指令値を検索したり、進行方向検出装置２５が出力する進行方向情報に基づいて記憶装置２７が記憶する進行方向−電流指令値情報を参照して最適な電流指令値を検索したりする。主制御装置２８は、設定装置２６によって設定された押付力を押付力発生部２０が発生するように駆動モータ２０ａに電流指令値を出力したり、走行速度検出装置２４が出力する走行速度情報又は進行方向検出装置２５が出力する進行方向情報に基づいて最適な押付力を押付力発生部２０が発生するように駆動モータ２０ａに電流指令値を出力したり、押付力伝達部２２が略一定の押付力を伝達するように電流制御部２２ｄに電流指令値を出力したりする。主制御装置２８には、駆動モータ２０ａと、電流制御部２２ｄと、走行速度検出装置２４と、進行方向検出装置２５と、設定装置２６とが接続されている。
【００６１】
次に、この発明の第２実施形態に係る集電装置の接触力制御装置の動作を説明する。
図６に示す設定装置２６によって押付力が設定されると、駆動モータ２０ａ及び電流制御部２２ｄに主制御装置２８が電流指令値を出力する。その結果、押付力発生部２０が発生する押付力が歯車機構部２１を通じて押付力伝達部２２の駆動部２２ａに入力すると、駆動部２２ａと被駆動部２２ｅとが磁気的に連結状態になるため、駆動部２２ａから被駆動部２２ｅに継続して略一定の大きさのトルクが伝達される。被駆動部２２ｅから軸継手部２３を通じて主軸１６にＡ1方向のトルクが伝達されると、枠組１５を通じて集電舟１３及び舟支え部１４に押付力が伝達されて、トロリ線Ｔ1にすり板Ｃ1が略一定の押付力で押し付けられる。
【００６２】
例えば、集電装置１２の走行速度が所定速度を越えて集電装置１２を下降させる方向に作用する揚力が増大すると、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が低下し、トロリ線Ｔ1からすり板Ｃ1が離線するようなことがある。このような場合には、走行速度検出装置２４が出力する走行速度情報に基づいて、走行速度が所定値を超えたか否かを主制御装置２８が判断する。集電装置１２の走行速度が所定値を超えたと主制御装置２８が判断したときには、記憶装置２７が記憶する走行速度−電流指令値情報を主制御装置２８が参照して、最適な押付力を発生するための電流指令値を検索し、この電流指令値を接触力制御装置１９に主制御装置２８が出力する。その結果、押付力伝達部２２が駆動部２２ａから被駆動部２２ｅに伝達する押付力を増加させて、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力の減少が抑制される。
【００６３】
また、例えば、図６に示すＤ1方向に集電装置１２が移動する場合には、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が減少し、Ｄ2方向に集電装置１２が移動する場合には、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が増加することがある。このような場合には、進行方向検出装置２５が出力する進行方向情報に基づいて、集電装置１２の進行方向を主制御装置２８が判断し、記憶装置２７が記憶する進行方向−電流指令値情報を主制御装置２８が参照して、最適な押付力を発生するための電流指令値を検索し、この電流指令値を接触力制御装置１９に主制御装置２８が出力する。その結果、集電装置１２の進行方向がＤ1方向であると主制御装置２８が判断したときには、押付力伝達部２２が駆動部２２ａから被駆動部２２ｅに伝達する押付力を増加させて、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力の減少が抑制される。一方、集電装置１２の進行方向がＤ2方向であると主制御装置２８が判断したときには、押付力伝達部２２が駆動部２２ａから被駆動部２２ｅに伝達する押付力を減少させて、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力の増加が抑制される。
【００６４】
例えば、トロリ線Ｔ1の高さの変化によってすり板Ｃ1の位置が変動すると、押付力とは逆方向の力が被駆動部２２ｅから駆動部２２ａを通じて駆動モータ２０ａに伝達されようとする。しかし、駆動部２２ａと被駆動部２２ｅとが機械的に連結されておらず磁気的に連結されているため、駆動部２２ａに対して被駆動部２２ｅがすべり、接触力の増加分に相当する力が被駆動部２２ｅと駆動部２２ａとの間で吸収されて、被駆動部２２ｅから駆動部２２ａに殆ど伝達されない。
【００６５】
この発明の第２実施形態に係る集電装置の接触力制御装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、すり板Ｃ1をトロリ線Ｔ1に押し付ける押付力を押付力発生部２０が発生し、この押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に押し付ける押付力伝達部２２がこの押付力を伝達し、この押付力伝達部２２がこの押付力を可変して伝達可能である。このため、押付力を容易に変化させて、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力を簡単に制御することができる。その結果、トロリ線Ｔ1に対するすり板Ｃ1の追従性能が向上し、トロリ線Ｔ1からすり板Ｃ1が離れる時間的な割合（離線率）が低くなるとともに、過大な接触力が生じてすり板Ｃ1やトロリ線Ｔ1が摩耗するのを抑制し、保守のためのコストを低減することができる。また、停車中だけではなく走行中にも押付力を簡単に変更して押付力を容易に調整することができる。
【００６６】
(2) この第２実施形態では、すり板Ｃ1側から押付力発生部２０側に伝達しようとする押付力とは逆方向の力を押付力伝達部２２が緩和する。このため、トロリ線Ｔ1の高さの変化によってすり板Ｃ1の位置が変動して、押付力とは逆方向の力が被駆動部２２ｅから駆動部２２ａを通じて、駆動モータ２０ａに伝達されようとしても、この押付力とは逆方向の力が押付力発生部２０側に伝達するのを押付力伝達部２２によって阻止することができる。
【００６７】
(3) この第２実施形態では、すり板Ｃ1の動作にかかわらず、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に押付力伝達部２２が押付力を略一定に伝達する。このため、トロリ線Ｔ1の高さの変化によりすり板Ｃ1の位置が変動しても、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に略一定の大きさの押付力を継続的に安定して伝達することができる。
【００６８】
(4) この第２実施形態では、押付力発生部２０側の駆動部２２ａとすり板Ｃ1側の被駆動部２２ｅとを押付力伝達部２２が磁力によって連結可能であり、押付力伝達部２２がこの磁力を可変することによってこの駆動部２２ａ側からこの被駆動部２２ｅ側に伝達する押付力を可変する。このため、磁力を可変することによってすり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力を簡単に制御することができる。
【００６９】
(5) この第２実施形態では、押付力発生部２０側からすり板Ｃ1側に伝達する押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを押付力伝達部２２が備えている。このため、安価で耐久性の高いパウダクラッチを使用することによって、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力を安定化させることができる。
【００７０】
(6) この第２実施形態では、集電装置１２の走行速度に応じて押付力伝達部２２が押付力を可変する。このため、例えば、集電装置１２の走行速度が上昇するとすり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が変動するようなときに、押付力発生部２０が発生する押付力を集電装置１２の走行速度に応じて押付力伝達部２２によって可変して接触力の変動を抑えることができる。
【００７１】
(7) この第２実施形態では、集電装置１２の進行方向に応じて押付力伝達部２２が押付力を可変する。このため、例えば、枠組１５に対してすり板Ｃ1を前にして進行する場合と、枠組１５に対してすり板Ｃ1を後にして進行する場合とで、すり板Ｃ1とトロリ線Ｔ1との間の接触力が変動するようなときに、押付力発生部２０が発生する押付力を集電装置１２の走行速度に応じて押付力伝達部２２によって可変して接触力の変動を抑えることができる。
【００７２】
（第３実施形態）
図７は、この発明の第３実施形態に係る集電装置の接触力制御装置を概略的に示す斜視図である。以下では、図１及び図２に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図７に示す導電レールＴ2は、集電装置２９の集電靴Ｃ2が摺動する電車線路（第三レール）であり、支持碍子によって支持された状態で軌道の側方に沿って軌道と平行に敷設されている。導電レールＴ2は、鉄道車両の車輪を支持する通常の走行用レールとは異なり、車両に電力を供給するための集電用レールであり、車両に負荷電流を供給することを目的として使用される。集電靴Ｃ2は、導電レールＴ2と接触する集電部であり、鉄道車両の台車の両側に絶縁物を介して取り付けられている金属製又はカーボン製の部材である。
【００７３】
集電装置２９は、導電レールＴ2から車両に電力を導くための装置である。図７に示す集電装置２９は、導電レールＴ2の長さ方向に沿ってＤ3，Ｄ4方向に集電靴Ｃ2を移動させながら、導電レールＴ2の頭頂面に集電靴Ｃ2の下面を摺動させて集電する第三軌条式の集電装置である。集電装置２９は、集電靴Ｃ2とこの集電靴Ｃ2が接触する導電レールＴ2との間の接触力を制御する接触力制御装置２と、集電靴Ｃ2を導電レールＴ2に押し付ける押付力を設定する設定装置８と、集電装置２９を制御するための種々の情報を記憶する記憶装置９と、接触力制御装置２の動作を制御する主制御装置１０と、集電靴Ｃ2を移動自在にガイドするガイド装置１１などを備えている。この発明の第３実施形態には、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果がある。
【００７４】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、集電試験装置１及び集電装置１２，２９に接触力制御装置２，１９を適用した場合を例に挙げて説明したが、これらの装置に適用する場合に限定するものではない。例えば、運搬機械又はエレベータなどのような移動体の集電装置、高速で摺動しながら種々の試験を実施する試験装置などについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、歯車機構部４が歯車装置である場合を例に挙げて説明したが、ベルトやチェーンなどの巻き掛け伝動装置を用いる場合や、モータ軸とクラッチ軸（入力軸）とを直結したりカップリング（軸継手）を介して接続したりするような伝動装置を用いない場合などについてもこの発明を適用することができる。
【００７５】
(2) この第１実施形態では、すり板試験片Ｐ1とトロリ線試験片Ｐ2とが接触する集電試験装置１を例に挙げて説明したがこのような集電試験装置１に限定するものではなく、接触部と被接触部とが接触するような構造の他の装置についてもこの発明を適用することができる。また、この第１実施形態では、集電装置１２の走行速度又は進行方向に応じて接触力を制御する場合を例に挙げて説明したが、これらの接触力の制御方法は一例であり、集電装置１２の揚力特性に応じて任意の制御方法を適用することができる。さらに、この第１実施形態及び第２実施形態では、シングルアーム式の集電装置及び第三軌条方式の集電装置を例に挙げて説明したが、菱型又は翼型などの他の形式の集電装置についてもこの発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置を備える集電試験装置を概略的に示す平面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置を備える集電試験装置を概略的に示す斜視図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部を模式的に示す断面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部の励磁電流とトルク特性との関係を一例として示すグラフである。
【図５】この発明の第１実施形態に係る接触力制御装置の押付力伝達部の相対回転数とトルク特性との関係を一例として示すグラフである。
【図６】この発明の第２実施形態に係る集電装置の接触力制御装置を概略的に示す斜視図である。
【図７】この発明の第３実施形態に係る集電装置の接触力制御装置を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 集電試験装置
２ 接触力制御装置
３ 押付力発生部
３ａ 駆動モータ
４ 歯車機構部
５ 押付力伝達部
５ａ 駆動部
５ｂ 電磁石
５ｃ 励磁コイル
５ｄ 電流制御部
５ｅ 被駆動部
５ｆ 粉体
６ 軸継手部
７ 歯車機構部
７ａ ピニオン
７ｂ ラック
１０ 主制御装置
１１ ガイド装置
１１ａ スライド部
１１ｂ ガイドレール
１２ 集電装置
１３ 集電舟
１４ 舟支え部
１５ 枠組
１６ 主軸
１７，１８ 支持部
１９ 接触力制御装置
２０ 押付力発生部
２０ａ 駆動モータ
２１ 歯車機構部
２２ 押付力伝達部
２２ａ 駆動部
２２ｄ 電流制御部
２２ｅ 被駆動部
２３ 軸継手部
２４ 走行速度検出装置
２５ 進行方向検出装置
２６ 設定装置
２７ 記憶装置
２８ 主制御装置
２９ 集電装置
Ｐ1 すり板試験片（接触部）
Ｐ2 トロリ線試験片（被接触部）
Ｃ1 すり板（集電部）
Ｃ2 集電靴（集電部）
Ｔ1 トロリ線（電車線路）
Ｔ2 導電レール（電車線路）
Ｄ1，Ｄ2 方向（進行方向）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触部と被接触部との間の接触力を制御する接触力制御装置であって、
前記接触部を前記被接触部に押し付ける押付力を発生する押付力発生部と、
前記押付力発生部側から前記接触部側に前記押付力を伝達する押付力伝達部とを備え、
前記押付力伝達部は、前記押付力を可変して伝達可能であること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記接触部側から前記押付力発生部側に伝達しようとする前記押付力とは逆方向の力を緩和すること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記接触部の動作にかかわらず、前記押付力発生部側から前記接触部側に前記押付力を略一定に伝達すること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側の駆動部と前記接触部側の被駆動部とを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部側からこの被駆動部側に伝達する前記押付力を可変すること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側から前記接触部側に伝達する前記押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを備えること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、
前記接触部は、実際の集電装置のすり板を模擬したすり板試験片であり、
前記被接触部は、前記実際の集電装置のすり板が摺動する実際のトロリ線を模擬したトロリ線試験片であること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項７】
集電装置の集電部とこの集電部が接触する電車線路との間の接触力を制御する集電装置の接触力制御装置であって、
前記集電部を前記電車線路に押し付ける押付力を発生する押付力発生部と、
前記押付力発生部側から前記集電部側に前記押付力を伝達する押付力伝達部とを備え、
前記押付力伝達部は、前記押付力を可変して伝達可能であること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記集電部側から前記押付力発生部側に伝達しようとする前記押付力とは逆方向の力を緩和すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記集電部の動作にかかわらず、前記押付力発生部側から前記集電部側に前記押付力を略一定に伝達すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側の駆動部と前記接触部側の被駆動部とを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部側からこの被駆動部側に伝達する前記押付力を可変すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側から前記集電部側に伝達する前記押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを備えること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記集電装置の走行速度に応じて前記押付力を可変すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１３】
請求項７から請求項１２までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記集電装置の進行方向に応じて前記押付力を可変すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１４】
請求項７から請求項１３までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記集電部は、前記集電装置のすり板であり、
前記電車線路は、前記集電装置のすり板が摺動するトロリ線であること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１５】
請求項７から請求項１３までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記集電部は、前記集電装置の集電靴であり、
前記電車線路は、前記集電装置の集電靴が摺動する導電レールであること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１】
接触部と被接触部との間の接触力を制御する接触力制御装置であって、
前記接触部を前記被接触部に押し付ける押付力を発生する押付力発生部と、
前記押付力発生部側から前記接触部側に前記押付力を伝達する押付力伝達部とを備え、
前記押付力伝達部は、前記押付力を可変して伝達可能であること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記接触部側から前記押付力発生部側に伝達しようとする前記押付力とは逆方向の力を緩和すること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記接触部の動作にかかわらず、前記押付力発生部側から前記接触部側に前記押付力を略一定に伝達すること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側の駆動部と前記接触部側の被駆動部とを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部側からこの被駆動部側に伝達する前記押付力を可変すること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側から前記接触部側に伝達する前記押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを備えること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接触力制御装置において、
前記接触部は、実際の集電装置のすり板を模擬したすり板試験片であり、
前記被接触部は、前記実際の集電装置のすり板が摺動する実際のトロリ線を模擬したトロリ線試験片であること、
を特徴とする接触力制御装置。
【請求項７】
集電装置の集電部とこの集電部が接触する電車線路との間の接触力を制御する集電装置の接触力制御装置であって、
前記集電部を前記電車線路に押し付ける押付力を発生する押付力発生部と、
前記押付力発生部側から前記集電部側に前記押付力を伝達する押付力伝達部とを備え、
前記押付力伝達部は、前記押付力を可変して伝達可能であること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記集電部側から前記押付力発生部側に伝達しようとする前記押付力とは逆方向の力を緩和すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記集電部の動作にかかわらず、前記押付力発生部側から前記集電部側に前記押付力を略一定に伝達すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側の駆動部と前記接触部側の被駆動部とを磁力によって連結可能であり、この磁力を可変することによってこの駆動部側からこの被駆動部側に伝達する前記押付力を可変すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記押付力発生部側から前記集電部側に伝達する前記押付力を励磁電流に応じて可変するパウダクラッチを備えること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記集電装置の走行速度に応じて前記押付力を可変すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１３】
請求項７から請求項１２までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記押付力伝達部は、前記集電装置の進行方向に応じて前記押付力を可変すること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１４】
請求項７から請求項１３までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記集電部は、前記集電装置のすり板であり、
前記電車線路は、前記集電装置のすり板が摺動するトロリ線であること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【請求項１５】
請求項７から請求項１３までのいずれか１項に記載の集電装置の接触力制御装置において、
前記集電部は、前記集電装置の集電靴であり、
前記電車線路は、前記集電装置の集電靴が摺動する導電レールであること、
を特徴とする集電装置の接触力制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２４０１４２（Ｐ２００９−２４０１４２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８６６６４（Ｐ２００８−８６６６４）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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