JPH11127501A - 集電方法および集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摺動部材の定期交換によるコストアップを抑
制し、摺動音の低減を図ること。 【解決手段】 導電性流体（１６）を介して移動部材
（１４）に対して電流を導く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集電方法及び集電装
置に関し、特に、移動可能な部材に電流を取り入れる集
電方法及び集電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、回転軸等の移動部材に電流を
取り入れる集電装置、特に鉄道車両において架線や集電
レールから電流を取り入れる集電装置について種々の研
究開発が行われている。電気鉄道においては、線路に沿
って配設された架線と車両上部に設けられたパンタグラ
フの接触、摺動によって集電を行うのが一般的である。
また、地下鉄等の鉄道車両においては、線路に沿って配
設された集電レールと車両に延設された集電靴（シュ
ー）との接触、摺動によって集電を行っている（第３軌
条方式）。電気鉄道以外の一般機械において、回転部
（移動部）と固定部との間で電流を流す場合には、集電
ブラシやスリップリング等が一般に使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の集
電装置においては、集電レールと集電シューのように固
体同士による接触、摺動によって集電を行っているた
め、摺動部分で生じる磨耗の問題がある。すなわち、接
触、摺動によって集電シュー等の部品が磨耗するため、
磨耗した部品を定期的に交換しなければならず、多大な
コストがかかってしまう。また、集電レールと集電シュ
ーのような固体同士の接触によって集電を行うため、摺
動による騒音（摺動音）が発生するという問題点があっ
た。

【０００４】集電レールと集電シューのように固体同士
による接触、摺動によって集電を行っているため、鉄道
車両においては離線の問題が生じる。例えば、第３軌条
方式の集電方法においては、鉄道車両の速度の増大に伴
って集電レールと集電シューとが頻繁に離線を起こし、
これが鉄道の高速化の妨げになる。離線が発生すると、
集電シューが破損したり、アークによる電磁波発生等の
問題が生じる。これとは裏腹に、第３軌条方式を新幹線
等の高速鉄道に適用できれば、パンタグラフから発生す
る風切り音を考慮する必要が無くなり、静粛性に優れた
高速鉄道の実現が可能となる。

【０００５】本発明は上記のような状況に鑑みてなされ
たものであり、摺動部材の定期交換によるコストアップ
を抑制し、摺動音の低減を図り得る集電方法及び集電装
置を提供することを第１の目的とする。

【０００６】また、鉄道車両の集電装置においては、摺
動側と固定側の離線発生率の低減を図り得る集電方法及
び集電装置を提供することを第２の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の集電方法及び集電装置においては、移動部
材に接触する導電性流体を介して当該部材に対して電流
を導いている。例えば、鉄道線路に沿って配設された集
電レールから鉄道車両に接続された集電シューに電流を
供給するような場合には、導電性流体を集電レールとの
摺動面に導く流体供給孔を集電シューに設ける。この
際、集電シューと集電レールとの間に、導電性流体を封
止するシール部材を配置し、導電性流体の余剰分を回収
する回収機構とを備えることが望ましい。また、集電レ
ール自体を導電性流体を収容した樋状に成形し、集電シ
ューが集電レール内の導電性流体中に浸入した状態で走
行するように構成することもできる。

【０００８】また、上記部材を回転軸とした場合には、
回転軸の外周に絶縁部材を配置するとともに、当該絶縁
部材の外周に導電性流体に対して摺動する導体部材を設
ける。導体部材には、回転軸の内部又は表面を通って所
定の機械に接続された導電線を接続する。また、導体部
材の外周には、導電性流体を収容した流体容器を配置
し、導体部材と流体容器との間にはシール部材を介在さ
せる。そして、流体容器、導電性流体、導体部材及び導
電線を介して、機械に電流を供給する構成とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して説明する。図３は、本発明の第１
の実施形態にかかる集電装置を適用した鉄道車両１０を
示す。車両１０の線路（図示せず）の脇には集電レール
１２が延設されている。保持部材１３を介して鉄道車両
１０に装備された集電シュー１４と集電レール１２とが
接触、摺動することにより、集電レール１２からの電流
を鉄道車両１０内の電動機等に取り込むようになってい
る。

【００１０】図１は、集電レール１２と集電シュー１４
の関係を概念的に示し、図２は図１の断面構造を示す。
集電レール１２と集電シュー１４の間には、本発明の最
大の特徴である導電性流体１６が供給され、当該導電性
流体１６を介して集電レール１２と集電シュー１４とが
摺動するようになっている。導電性流体１６としては、
例えば、非酸化性酸溶液や、還元性溶液や、工業用水酸
や、アルカリ水溶液等を使用することができる。但し、
本発明の導電性流体は、これらの溶液に限定されるもの
ではなく、使用状況に応じて種々の流体を使用すること
ができる。

【００１１】上記のような構成の集電装置においては、
集電レール１２から供給される電流が、導電性流体１６
を介して集電シュー１４に導かれる。このため、従来の
ように固体同士の接触、摺動がなくなり、集電レール１
２や集電シュー１４の磨耗が著しく低減される。これに
より、集電レール１２や集電シュー１４等の摺動部品の
耐用期間を長くすることができ、部品交換によるコスト
の増大を抑制することができる。また、導電性流体１６
の潤滑作用により、集電レール１２と集電シュー１４と
の間から発生する騒音（摺動音）を低減させることがで
きる。更に、集電レール１２と集電シュー１４との離線
の発生頻度を大幅に低減させることができ、集電シュー
１４の破損や、アークによる電磁波発生等の問題を解消
することができる。高速走行時の離線率が十分に低くな
れば、第３軌条方式を新幹線等の高速車両に適用でき、
パンタグラフから発生する風切り音も無くなり、極めて
静かな高速鉄道の実現も可能となる。

【００１２】図４は、図１〜図３に示す実施形態の具体
的な実施例を示す。図において、集電シュー１４には３
本の流体供給孔１４ａが設けられており、これらの流体
供給孔１４ａを介して集電シュー１４の表面に導電性流
体１６を供給するようになっている。集電シュー１４の
表面上の導電性流体１６は、その粘性にも依るが、一般
には膜状になる。導電性流体１６は、タンク１８に収容
されており、ポンプ２２により、供給パイプ２０を介し
て流体供給孔１４ａに導かれるようになっている。集電
シュー１４の表面上の導電性流体１６が、鉄道車両１０
の走行により漏れた場合には、集電シュー１４の下方に
配置された導電性流体受け皿２４に回収される。導電性
流体受け皿２４に溜まった導電性流体１６は、回収パイ
プ２６を通ってタンク１８に戻るようになっている。

【００１３】図５及び図６は、図１〜図３に示す実施形
態の具体的な他の実施例を示し、図５が斜視図、図６が
図５の断面（集電シュー１２及び導電性流体１６を除
く）を示す。尚、図４に示す実施例と同一又は対応する
構成要素については、同一の符号を付すものとし、重複
した説明を省略する。この実施例においては、集電レー
ル１２と集電シュー３０の間に、導電性流体１６をシー
ルするシール部材３２が配置されている。シール部材３
２は集電レール１２と集電シュー３０の隙間を完全にシ
ールするものではなく、導電性流体１６の潤滑性を損な
わないように、当該シール部材３２と集電レール１２と
の間にも若干の導電性流体１６が入り込むようになって
いる。

【００１４】本実施例においては、供給パイプ２０から
導かれた導電性流体１６は、集電シュー３０内の供給孔
３０ａを通って集電シュー３０の表面に達する。集電シ
ュー３０の表面に達した導電性流体１６は、シール部材
３２で囲まれた部分に貯められる。鉄道車両１０の走行
によりシール部材３２の外側に漏れた導電性流体１６
は、図４に示した実施態様と同様に導電性流体受け皿２
４によって回収される。

【００１５】本実施例によれば、シール部材３２を用い
ることにより、集電レール１２と集電シュー３０との間
に、常に一定量の導電性流体１６を確保することができ
るというメリットがある。

【００１６】図７及び図８は、第３軌条方式を採用した
集電装置の実施例を示し、図８は図７の断面を示す。こ
の実施例は、上述した２つの例と異なり、集電レール３
６自体を樋型に成型すると共に、その中に導電性流体４
０を収容している。樋型の集電レール３６の上部には溝
３６ａが設けられ、Ｌ字形の集電シュー３８の先端部３
８ａが当該溝３６ａから導電性流体４０中に入り込むよ
うになっている。集電シュー３８は、その先端部３８ａ
が導電性流体４０に浸入した状態で、集電レール３６に
沿って走行する。集電シュー３８の先端部３８ａの断面
形状は鋭角に成形されており、導電性流体４０中を走行
する際の導電性流体４０に対する抵抗を小さくするよう
に配慮されている。

【００１７】本実施例においては、樋型の集電レール３
６が導電性流体４０を完全に収容する形態を採っている
ため、導電性流体４０が外部に漏れることがない。ま
た、集電シュー３８の可動範囲を大きくすることができ
るため、離線の発生率を極めて小さくすることができる
という効果がある。更に、完全に固体と流体の接触とな
るため、摺動音の低減効果もある。

【００１８】図９〜図１１は、架空線方式の鉄道車両に
本発明を適用した実施例を示し、図１０は図９の縦方向
断面、図１１は図９の横方向断面をそれぞれ示すものと
する。トロリー線（架空電線）４４と接触、摺動する集
電シュー４６は断面が半円樋型に成型され（図１１）、
内部に導電性流体５０を収容している。集電シュー４６
の底部には、導電性流体５０を一定の圧力で供給するた
めの供給パイプ４８が接続されている。また、集電シュ
ー４６の走行方向の前後両端部には、導電性流体５０の
漏れを防止するシール部材５２が各々設けられている。

【００１９】上記のような構成の集電装置において、ト
ロリー線４４を流れる電流は、車両と一緒に走行する集
電シュー４６に収容された導電性流体５０を介して車両
に搭載された動力装置等に集電される。本実施例におい
ても、トロリー線４４と集電シュー４６の磨耗が著しく
低減されるため、これらの部品の交換に要するコストの
低減を図ることができる。また、導電性流体５０の潤滑
作用により、トロリー線４４と集電シュー４６との間に
発生する騒音を低減できる等の種々のメリットがある。

【００２０】図１２〜図１４は、本発明の技術的思想を
適用した新規な集電装置の例を示し、図１３は当該集電
装置の要部を示す斜視図であり、図１４は図１３の断面
を示す。この集電装置は、従来の摺動接触方式と異な
り、レール（線路）に沿って配設された集電レール６６
と鉄道車両５６に装備された集電車輪６０との回転接触
によって集電を行うものである。鉄道車両５６の側部に
は回転軸５８が延設されており、当該回転軸５８の先端
に集電車輪６０が取り付けられている。集電車輪６０の
車両側（内側）には、軸受け６２が設けられ、その内側
には導電性流体７０を収容した導電性流体容器６４が設
けられている。図１４に示すように、導電性流体容器６
４の回転軸５８側には、導電性流体７０をシールするシ
ール部材７２が配置されている。

【００２１】上記のような構成の集電装置において、集
電レール６６を流れる電流は、回転接触により集電車輪
６０に伝達され、当該電流は回転軸５８及び導電性流体
容器６４に収容された導電性流体７０を介して鉄道車両
５６に搭載された動力装置等に導かれる。本実施例にお
いては、固体同士の接触、摺動によらず、集電レール６
６と集電車輪６０の回転接触及び回転軸５８と導電性流
体７０の接触によって集電を行っているため、集電装置
に使用される部品の磨耗が著しく低減され、これらの部
品の交換に要するコストの低減を図ることができる。

【００２２】図１５及び図１６は、本発明の技術的思想
を鉄道車両以外の一般機械に適用した例を示す。この例
は、回転軸８０の先端（図の左側）に連結されたコイル
等の電気部品（図示せず）に電流を供給するための装置
である。なお、この例は、回転軸によって電流を伝える
他の種々の装置に適用可能なものである。回転軸８０の
外周には２つの導電性流体容器７６，７８が設けられて
いる。図１６は図１５の軸方向断面を示す。導電性流体
容器７６、７８は、各々内部に導電性流体８４，９４を
収容しており、各容器の内側に設けられたシール部材９
０，１００によって導電性流体８４，９４の流出を防止
している。

【００２３】回転軸８０と導電性流体容器７６，７８と
の間には、リング状の絶縁部材８８，９８及び導体部材
８６，９６が各々設けられている。これらの絶縁部材８
８，９８及び導体部材８６，９６は回転軸８０に伴って
回転する。導体部材８６，９６には導電線１０６，１０
８が各々接続されており、これらの導電線１０６，１０
８は回転軸８０の内部または表面を通って所定の電気部
品に接続されている。また、導電性流体容器７６，７８
には、導電線１０２及び１０４が各々接続されている。

【００２４】上記のような装置においては、以下のよう
な経路でコイル等の電気部品に電流が供給される。導電
線１０２→導電性流体容器７６→導電性流体８４→導体
部材８６→導電線１０６→コイル等の電気部品（図示せ
ず）→導電線１０８→導体部材９６→導電性流体９４→
導電性流体容器７８→導電線１０４。また、本実施例の
装置を発電機に適用した場合には、上記の場合と逆の経
路で電流が流れることになる。

【００２５】本実施例においては、固体同士の接触、摺
動によらず、回転軸８０に設けられた導体部材８６，９
６と導電性流体８４，９４の接触によって電流の供給を
行っているため、他の実施例と同様に、部品の磨耗が低
減され、これらの部品の交換に要するコストの低減を図
ることができる。

【００２６】図１７は、本発明の他の実施形態にかかる
軸受け電食防止装置を示す。鉄道の基本電気回路は、変
電所から電線を通りトロリ線に流れ、鉄道車両のパンタ
グラフなどで集電された電流が主電動機を回した後に、
車輪からレールを経由して変電所に戻っていくものであ
るが、この装置は、主電動機や車軸の軸受け１１４の油
膜を通して電流が流れてしまうことにより、軸受け１１
４に電食が生じるのを防止するものである。車輪１１０
と軸受け１１４との間における車輪軸１１２の外周に、
導電性流体１２０を収容した導電性流体容器１１６が設
けられている。導電性流体容器１１６の基本的な構成
は、図４に示した導電性流体容器６４と同様に、導電性
流体容器１１６の内周両側にシール部材１２２が設けら
れ、導電性流体１２０の外部への流出を防止している。
導電性流体容器１１６には、一端が車両内の電動機等に
接続された導電線１１８の他端が接続されている。

【００２７】上記のような電食防止装置において、導電
性流体容器１１６及び導電性流体１２０は、少なくとも
軸受け１１４よりも高い導電率を有するように設定され
ている。その結果、導電線１１８を通る電流は、図の矢
印で示すように、軸受け１１４を介さず、導電性流体容
器１１６、導電性流体１２０、車輪軸１１２及び車輪１
１０を通ってレールからアースされる。このため、軸受
け１１４の油膜を通して電気が流れることがなく、当該
軸受け１１４の電食を防止する事が可能となる。すなわ
ち、軸受け１１４に電食による軸受け１１４の損傷、更
には車輪不回転という事態を回避することが可能とな
る。なお、このような軸受けの電食の問題は、上述した
ような集電装置の摺動部材の磨耗や離線の問題とは異な
るように見えるが、回転等の移動する部材を介して電流
が流れるという点において共通する。

【００２８】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる集電
方法及び集電装置によれば、導電性流体を介して固定部
材と可動部材間の集電を行っているため、従来のように
固体同士の接触、摺動がなくなり、摺動部材の磨耗が著
しく低減される。これにより、これらの部品の耐用期間
を長くすることができ、部品交換によるコストの低減を
図ることができる。また、導電性流体の潤滑作用によ
り、集電レールや集電シュー等の摺動部材の間で発生す
る騒音（摺動音）を低減させることができる。

【００３０】また、本発明を鉄道車両の集電機構に適用
した場合には、集電レールと集電シューとの離線の発生
頻度を大幅に低減させることができ、離線による集電シ
ューの破損や、アークによる電磁波発生等の問題を解消
することが可能となる。そして、上記のような作用効果
により、将来的には第３軌条方式を新幹線等の高速車両
に適用できる可能性が高くなり、極めて静かな高速鉄道
の実現に近づくことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の基本的実施形態にかかる集電
装置の要部を示す斜視図である。

【図２】図２は、図１における集電レールに直交する方
向の断面図である。

【図３】図３は、図１及び図２に示す集電装置を適用し
た鉄道車両の構成を示す概念図である。

【図４】図４は、本発明の一実施例にかかる第３軌条方
式の集電装置の要部の構成を示す説明図（一部断面）で
ある。

【図５】図５は、本発明の他の実施例にかかる第３軌条
方式の集電装置の要部の構成を示す斜視図である。

【図６】図６は、図５に示す集電装置の内部構造を示す
断面図である。

【図７】図７は、本発明の更に他の実施例にかかる第３
軌条方式の集電装置の要部の構成を示す斜視図である。

【図８】図８は、図７に示す集電装置の内部構造を示す
断面図である。

【図９】図９は、本発明の一実施例にかかる架空線方式
の集電装置の要部の構成を示す斜視図である。

【図１０】図１０は、図９に示す集電装置のトロリー線
に平行な方向の断面図である。

【図１１】図１１は、図９に示す集電装置のトロリー線
に垂直な方向の断面図である。

【図１２】図１２は、本発明の一実施例にかかる車輪式
集電装置を適用した鉄道車両の構成を示す概念図であ
る。

【図１３】図１３は、図１２に示す集電装置の要部の構
成を示す斜視図である。

【図１４】図１４は、図１３の内部構造を示す説明図
（一部断面）である。

【図１５】図１５は、本発明の一実施例にかかる一般機
械用の集電装置の構成を示す斜視図である。

【図１６】図１６は、図１５の内部構造を示す断面図で
ある。

【図１７】図１７は、本発明の一実施例にかかる軸受け
電食防止装置の構成を示す説明図（一部断面）である。

【符号の説明】

１０，５６・・・鉄道車両 １２，３６，６６・・・集電レール １４，３０，３８，４６・・・集電シュー（靴） １４ａ，３０ａ・・・流体供給孔 １６，４０，５０，７０，８４，９４，１２０・・・導
電性流体 ２４・・・導電性流体受け皿 ３２，５２，７２，９０，１００，１２２・・・シール
部材 ４４・・・トロリー線 ５８・・・回転軸 ６０・・・集電車輪 ６４，７６，７８，１１６・・・導電性流体容器 ８６，９６・・・導体部材 ８８，９８・・・絶縁部材 １０２，１０４，１０６，１０８・・・導電線 １１０・・車輪（走行車輪） １１２・・・車輪軸 １１４・・・軸受け

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動可能な部材に電流を取り入れる集電方
   法において、 前記部材に接触する導電性流体を介して当該部材に対し
   て前記電流を導くことを特徴とする集電方法。
2. 【請求項２】移動可能な部材に電流を取り入れる集電装
   置において、 前記部材に接触し、当該部材に対して前記電流を導く導
   電性流体を備えたことを特徴とする集電装置。
3. 【請求項３】前記部材は、鉄道車両に接続され、鉄道線
   路に沿って配設された集電レールに対して摺動する集電
   シューであり、 前記導電性流体を介して、前記集電レールから前記集電
   シューに電流を導く構成であることを特徴とする請求項
   ２に記載の集電装置。
4. 【請求項４】前記部材は回転軸であり、 前記回転軸の外周に固定された絶縁部材と；前記絶縁部
   材の外周に固定され、前記導電性流体に対して摺動する
   導体部材と；前記導体部材に接続され、前記回転軸の内
   部又は表面を通って所定の機械に接続された導電線と；
   前記導体部材の外周に配置され、前記導電性流体を内部
   に収容した流体容器と；前記流体容器と前記導体部材と
   の間に介在されたシール部材とを更に備え、 前記流体容器、前記導電性流体、前記導体部材及び前記
   導電線を介して、前記機械に電流を供給する構成である
   ことを特徴とする請求項２に記載の集電装置。