特開 2024-4075 トロリ線高さの検測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024004075

(43)【公開日】2024-01-16

(54)【発明の名称】トロリ線高さの検測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/02 20060101AFI20240109BHJP

   B60L 5/26 20060101ALI20240109BHJP

   B60M 1/28 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

G01B11/02 Z

B60L5/26 Z

B60M1/28 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022103535

(22)【出願日】2022-06-28

(71)【出願人】

【識別番号】301078191

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】山川 寛展

(72)【発明者】

【氏名】磯崎 洋平

(72)【発明者】

【氏名】三友 雄二

(72)【発明者】

【氏名】志澤 礼健

【テーマコード（参考）】

2F065

5H105

【Ｆターム（参考）】

2F065AA24

2F065BB27

2F065CC34

2F065DD03

2F065FF41

2F065FF61

2F065GG04

2F065HH13

2F065JJ05

2F065JJ09

2F065PP22

2F065QQ42

5H105AA11

5H105BA02

5H105BB01

5H105CC02

5H105CC12

5H105DD04

5H105DD12

5H105DD22

5H105EE03

5H105EE13

5H105EE21

5H105GG02

5H105GG15

5H105GG18

(57)【要約】

【課題】 低コストでありながら、高精度かつ信頼性の高いトロリ線高さを検測できる、検測装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 軌道を走行する車両からトロリ線の高さを検査測定する検測装置であって、前記車両の屋根上に備えたパンタグラフの舟体の下方に設けた反射板と、該反射板にレーザ光を照射して該反射板までの距離を測定するレーザ測長センサと、該レーザ測長センサが測定した距離に基づいて前記軌道から前記トロリ線の高さを算出する演算装置と、を備えた検測装置。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軌道を走行する車両からトロリ線の高さを検査測定する検測装置であって、
前記車両の屋根上に備えたパンタグラフの舟体の下方に設けた反射板と、
該反射板にレーザ光を照射して該反射板までの距離を測定するレーザ測長センサと、
該レーザ測長センサが測定した距離に基づいて前記軌道から前記トロリ線の高さを算出する演算装置と、
を備えたことを特徴とする検測装置。

【請求項2】

請求項１に記載の検測装置において、
前記反射板は、前記舟体の下方の左右に設けられており、
前記レーザ測長センサは、各反射板の下方に設けられており、
各反射板は、前記車両の進行方向に関して左右対称な形状、配置であることを特徴とする検測装置。

【請求項3】

請求項１に記載の検測装置において、
前記舟体は、前記車両の進行方向に複数設けられ、
前記反射板は、各舟体の下方に設けられており、
前記レーザ測長センサは、各反射板の下方に設けられており、
各反射板は、前記車両の進行方向に関して前後対称な形状、配置であることを特徴とする検測装置。

【請求項4】

請求項１に記載の検測装置において、
前記反射板は、
前記レーザ光が照射される水平平面である反射面と、
前記反射板を前記舟体の下方に取り付けるための垂直リブと、
を有しており、
前記反射板を前記車両の進行方向から見たときに、前記反射面と前記垂直リブが略Ｌ字状断面を形成するように配置されていることを特徴とする検測装置。

【請求項5】

請求項４に記載の検測装置において、
前記垂直リブの前端または後端にリブ傾斜を設けたことを特徴とする検測装置。

【請求項6】

請求項４に記載の検測装置において、
前記反射面の上面に前記垂直リブと直交する第二の垂直リブを設けたことを特徴とする検測装置。

【請求項7】

請求項４に記載の検測装置において、
前記反射面の前端または後端に所定の傾斜角度を設けた端部プレートを設けたことを特徴とする検測装置。

【請求項8】

請求項４に記載の検測装置において、
前記反射面の進行方向の幅が、前記舟体の進行方向の幅の２倍から４倍であることを特徴とする検測装置。

【請求項9】

請求項４に記載の検測装置において、
前記舟体から前記反射面の距離は、前記舟体の高さの１倍から３倍であることを特徴とする検測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軌道を走行しながらトロリ線の高さを検査測定する、トロリ線高さの検測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に電車と呼ばれる、モータを動力源として軌道を走行する鉄道車両には、軌道上方のトロリ線から屋根上のパンタグラフを介して電源供給されるものが多い。パンタグラフは、トロリ線が所定の基準高さに設置されていることを前提に設計・設置されるため、電車の安定走行のためには、自然災害等の影響でトロリ線の設置高さ異常が発生した場合、その異常を早期発見してトロリ線の保守管理に繋げる必要がある。

【0003】

トロリ線の高さを非接触で検測する従来の検測装置として、特許文献１が知られている。例えば、同文献の要約書には、課題として「測定用パンタグラフ以外の通常の営業車両のパンタグラフでトロリ線の高さを測定できるようにする」と記載されており、解決手段として「車両に搭載したパンタグラフ３の一部のターゲット７をカメラによって測定する。カメラで得られた画像からトロリ線１の高さデータを算出する。このようにパンタグラフ３の一部のターゲット７をカメラによって非接触で測定する。」と記載されている。

【0004】

このように、特許文献１では、パンタグラフ上のターゲットをカメラで撮像し、撮像したターゲット画像に基づいてトロリ線の高さを非接触で検測している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４－１９４３６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、例えば、約３００ｋｍ／ｈ程度の高速で走行する鉄道車両に特許文献１の検測装置を搭載する場合、その車両速度に連動して激しく高さ変動するターゲットを鮮明に撮像するには、高フレームレートのハイスピードカメラを利用する必要がある。その場合、カメラが高額になることに加えて、単位時間に撮像される画像数が多くなるため画像処理の演算負荷が大きくなる問題もある。同様に、検測精度向上のために高分解能カメラを利用して高情報量画像を撮像する場合にも、カメラ費用と演算負荷の両面でコストが高くなる問題がある。

【0007】

また、カメラによる撮像画像の品質は、撮像環境の明暗の影響を強く受けるため、曇雨雪等の悪天時や、夜間やトンネル内のように暗い環境下では、光量不足により十分な検測精度を確保できない可能性がある。この問題を改善するために照明装置を別途設けてターゲットを照らす方法も考えられるが、照明装置を追加した分だけコスト増を招くことになる。

【0008】

上記のコスト問題は、特許文献１の検測装置を極少数の検測専用車両に限定して搭載するのであれば大きな問題とはならないが、トロリ線異常の検測即時性を高めるため、一般の営業車両にも検測装置の搭載を拡大するには、高コストの特許文献１の検測装置の採用は現実的でなかった。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑み、低コストでありながら、高精度かつ信頼性の高いトロリ線高さを検測できる、検測装置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】

【0010】

本発明は、その一例を挙げるならば、軌道を走行する車両からトロリ線の高さを検査測定する検測装置であって、前記車両の屋根上に備えたパンタグラフの舟体の下方に設けた反射板と、該反射板にレーザ光を照射して該反射板までの距離を測定するレーザ測長センサと、該レーザ測長センサが測定した距離に基づいて前記軌道から前記トロリ線の高さを算出する演算装置と、を備えた検測装置である。

【発明の効果】

【0011】

本発明の検測装置によれば、低コストでありながら、高精度かつ信頼正の高いトロリ線高さを検測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１の検測装置を搭載した車両の概略図。

【図2】実施例１の検測装置の斜視図。

【図3】実施例１のパンタグラフの側面図。

【図4】実施例１のパンタグラフの上面図。

【図5】実施例２における斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

【実施例0014】

図１は、本発明の実施例１に係る検測装置を搭載した車両１００の概略図である。この車両１００は、トロリ線２００から給電されるモータ（図示せず）を動力源として、軌道３００を走行する電車（鉄道車両）である。また、車両１００の屋根１０１上には、トロリ線２００から車両１００への給電経路となる、略く字状のパンタグラフ１が設けられている。このパンタグラフ１は、同じく屋根１０１上に設けられたパンタグラフ駆動機構１０２によって、高さを調節できるようになっている。なお、以下では、運転席車両方向をｘ軸の正方向とし、車両左方向をｙ軸の正方向とし、車両上方向をｚ軸の正方向とする、直交座標系を基準として本発明の説明に必要な各方向を定義することとする。

【0015】

本実施例の車両１００の走行方向には、図１のように、ｘ軸正方向に向かう正方向Ｄ１と、ｘ軸負方向に向かう逆方向Ｄ２の２方向がある。パンタグラフ１は、関節部であるヒンジ１１と、トロリ線２００との接触部である舟体１２を有している。車両１００が正方向Ｄ１に走行する場合には、パンタグラフ１はヒンジ１１が上流側となる正方向の走行風Ｗ１を受ける。一方、車両１００が逆方向Ｄ２に走行する場合には、パンタグラフ１はヒンジ１１が下流側となる走行風Ｗ２を受ける。

【0016】

トロリ線２００は、吊架線２０１からハンガ２０２によって吊り下げられる。これにより、トロリ線２００は、基本的には軌道３００から一定の高さ（基準高さ）を保つように設置されるが、自然災害等の影響により、基準高さから大きく外れる場合もある。

【0017】

＜検測装置の詳細構造＞
次に、図２から図４を用いて、トロリ線２００の高さを検測するための、本実施例の検測装置の詳細について説明する。本実施例の検測装置は、主に、屋根１０１上に設置したレーザ測長センサ２と、パンタグラフ１の舟体１２の下方に設置した反射板３、および、図示しない演算装置で構成される。なお、演算装置は、ＣＰＵ等の演算部や半導体メモリ等の記憶部などを備えたコンピュータであり、予め用意された所定のパラメータとプログラムを用いて、レーザ測長センサ２の出力に基づいて軌道３００からトロリ線２００の高さを算出するものである。

【0018】

レーザ測長センサ２は、舟体１２の下方に設けた反射板３に向けてレーザ光Ｌを照射し、反射板３までの距離を測定する。演算装置の記憶部には、車両１００の高さ、レーザ測長センサ２の高さ、および、舟体１２における反射板３の位置等が予め登録されており、レーザ測長センサ２から反射板３までの距離を測定できれば、演算装置の演算部では、車体屋根１０１から舟体１２までの距離を計算でき、最終的に、軌道３００からトロリ線２００の高さを検測することができる。

【0019】

本実施例のパンタグラフ１は、トロリ線２００からの給電を容易かつ確実にするため、図２と図３に示すように、ｙ軸と平行な２本の舟体１２を備えている。車両１００は主に正方向Ｄ１に走行するため、以下では、正方向Ｄ１側のものを上流側舟体１２Ｕと呼び、逆方向Ｄ２側のものを下流側舟体１２Ｄと呼ぶ。

【0020】

パンタグラフ駆動機構１０２が、パンタグラフ１の駆動ロッド１３を駆動すると、ヒンジ１１を回動軸としてアーム１４が上下する。このとき、舟体１２と反射板３は、アーム１４の上下動と連動して高さ方向（ｚ軸方向）に上下動する。これにより、トロリ線２００の高さが基準高さの近傍で上下変動しても、トロリ線２００に舟体１２を確実に接触させることができる。

【0021】

駆動ロッド１３の駆動を舟体１２と反射板３の上下動に繋げるための構成として、パンタグラフ１は、上記した構成に加えて、アーム支持ロッド１５と、舟体支持ロッド１６と、ロッド連結板１７、舟体支持ビーム１８、舟体ピラー１９、反射板ピラー１９ａを有している。

【0022】

アーム支持ロッド１５は、アーム１４の上端に接続された、ｙ軸と平行なロッドである。舟体支持ロッド１６は、アーム支持ロッド１５と平行に配置された、ｙ軸と平行なロッドである。ロッド連結板１７は、平行配置された両ロッドを図３のように連結する。舟体支持ロッド１６の左右両端には、ｘ軸と平行な舟体支持ビーム１８が設けられている。また、舟体支持ビーム１８の前後両端にはｚ軸方向に延びる舟体ピラー１９が設けられ、その上端に舟体１２が取り付けられる。また、４つの舟体ピラー１９のアーム１４側には夫々、反射板３を取り付けるための反射板ピラー１９ａが形成されている。これらの構成によって、舟体１２の下方に反射板３を配置することができ、かつ、舟体１２と反射板３を一体として上下動させることができる。

【0023】

以上の構成により、本実施例では、２本の舟体１２の下方に４つの反射板３を備えることになる。具体的には、上流側舟体１２Ｕの下方に、上流右側反射板３ＵＲと上流左側反射板３ＵＬを備え、下流側舟体１２Ｄの下方に、下流右側反射板３ＤＲと下流左側反射板３ＤＬを備えることになる。

【0024】

図２に示すように、本実施例では、４つの反射板３（３ＵＲ、３ＵＬ、３ＤＲ、３ＤＬ）の真下に、４つの測長レーザ装置２（２ＵＲ、２ＵＬ、２ＤＲ、２ＤＬ）を設置しており、各々の測長レーザ装置２から対向する反射板３にレーザ光Ｌを照射することで、４箇所の距離を同時に検測できる。

【0025】

反射板３は、ｘ軸の正方向から見たときに略Ｌ字の断面形状を有しており、レーザ光Ｌを反射するための水平平面である反射面３１と、反射板３を反射板ピラー１９ａに取り付けるための垂直平面である垂直リブ３２によって構成される。図４に示すように、本実施例の反射板３は反射板ピラー１９ａのアーム１４側に取り付けられるため、左側設置の反射板３（３ＵＬ、３ＤＬ）の垂直リブ３２であれば反射面３１の左側端部に設けられており、右側設置の反射板３（３ＵＲ、３ＤＲ）の垂直リブ３２であれば反射面３１の右側端部に設けられている。

【0026】

レーザ光Ｌは、図３のように、レーザ測長センサ２から照射され反射面３１に向かう照射レーザ光Ｌ１と、反射面３１で反射されレーザ測長センサ２に向かう反射レーザ光Ｌ２から成り立っている。４つのレーザ測長センサ２はそれぞれ、相対する反射板３までの距離を測定するので、４箇所の距離を同時に測定することができる。そして、４つのレーザ測長センサ２の出力が入力される演算装置では、４箇所の距離の平均値をレーザ測長センサ２から反射板３までの距離として算出する。これにより、個々のレーザ測長センサ２の出力に基づくトロリ線高さよりも精度や信頼性の高いトロリ線高さを検測することができる。

【0027】

ここで、反射板３の反射面３１は単なる水平平面で構成されることから、正方向の走行風Ｗ１や、逆方向の走行風Ｗ２とは平行に配置されることになる。従って、反射面３１の上下面での流れ場は同じであり、上下面で風速分布に差は殆ど生じない。一般に、物体にかかる空気力の一つである揚力は、物体上下面で流速差が生じた場合に静圧に差が生じるため、上下面にかかる圧力差が力となって発生する。したがって、上下面で風速分布に差のない反射板３には顕著な揚力は生じない。

【0028】

パンタグラフ１にとって揚力抑制は重要で、例えば上方向の揚力が過剰に発生するとパンタグラフ１がトロリ線２００を持ち上げて、トロリ線２００を切断する虞がある。逆に、下方向の揚力が過剰に発生するとパンタグラフ１がトロリ線２００から離脱する虞がある。しかし、本実施例の反射板３には揚力が殆ど発生しないことから、パンタグラフ１の基本性能に影響を与えることはなく、安価な検測装置の構成部品として配置することができる。

【0029】

さらに、本実施例の反射板３の垂直リブ３２には、図３に示すようなリブ傾斜３２ａが設けられている。上流側の反射板３（３ＵＲ、３ＵＬ）のリブ傾斜３２ａは正方向の走行風Ｗ１と対向するように設けられており、下流側の反射板３（３ＤＲ、３ＤＬ）のリブ傾斜３２ａは逆方向の走行風Ｗ２と対向するように設けられている。これにより、車両１００の走行方向によらず、垂直リブ３２の流体抵抗を減ずることが可能となり、反射面３１での揚力抑制と同様、パンタグラフ１に不要な空気力を与えることはない。

【0030】

ここで、図３に示すように、反射板３のｘ軸方向の幅Ｗｍはレーザ光Ｌを反射するのに十分な広さを持つことで、レーザ光Ｌにとっての照射領域を確保できるため、検測精度や検測信頼性が向上する。しかし、幅Ｗｍが不必要に大きいと、材料費アップによるコスト高や、反射板ピラー１９ａへの取り付けの不安定さが増し、空気力の影響を受けやすくなることなどの課題があるため、検測の信頼性や頑強性を失う。そのため、反射板３の幅Ｗｍは、例えば、舟体１２のｘ軸方向の幅Ｗｆの２倍以上、４倍以下、特に３倍程度にすることが望ましい。

【0031】

また、トロリ線２００の検測精度を向上させるためには、反射板３の設置高さは、トロリ線２００と接触するように高さ調節される舟体１２に近い方が好ましい。しかし、反射板３が舟体１２に近すぎると、舟体１２やトロリ線２００からの放電などの電気的影響を受け損傷の発生も考えられるため、好ましくない。そのため、舟体１２の下部から反射板３までの距離Ｈｍは、舟体１２の高さＨｆの１倍以上、３倍以下、特に２倍程度にすることが望ましい。

【0032】

ここで、４つの反射板３（３ＵＲ、３ＵＬ、３ＤＲ、３ＤＬ）を、図２から図４に示す位置に設置した理由を説明する。図１でも示したように、本実施例の車両１００は、軌道３００上を正方向Ｄ１または逆方向Ｄ２に進行する。そのため、本実施例では、車両１００が何れの方向に進行しても同じ空気力を受け、同じ検測精度が得られるようにしている。

【0033】

具体的には、舟体支持ロッド１６の中心軸を含む、ｙｚ平面に平行な平面Ａ（図３，図４参照）に関し、２つの舟体１２と４つの舟体ピラー１９の形状と設置位置を面対称にする。同様に、４つの反射板３と反射板ピラー１９ａの形状と設置位置も、平面Ａに関して面対称にする。これにより、正方向Ｄ１・逆方向Ｄ２で、検測装置の検測精度を同じにすることができ、検測精度の信頼性を確保することができる。

【0034】

また、図４に示すように、４つの反射板３の形状と設置位置は、アーム１４の中心軸を含む、ｘｚ平面に平行な平面Ｂに関して面対称となっている。これにより空気力を含む左右方向の力学的バランスが保たれるようになっている。

【0035】

これにより、前後左右４つの反射板３の力学的バランスが取れるようになり、検測の精度向上および信頼性が確保できる。

【0036】

また、トロリ線２００は過度の摩耗を避けるために、直線状だけではなくジグザグの蛇行状に張られていることもあるが、反射板が複数配置されているので情報量が多くなっているため、トロリ線２００の蛇行状の変化にも対応することができ、検測精度向上に寄与する。また、反射板３の配置が前後方向に面対称かつ左右方向に面対象の配置となっているため（図３、図４参照）、ランダムな配置になっている場合より配置距離などが計算しやすくなっており、検測データの参照や統合がしやすくなり、低コストでの検測に寄与する。

【0037】

以上で説明した本実施例の検測装置によれば、低コストでありながら、高精度かつ信頼性の高いトロリ線高さを検測することができる。

【実施例0038】

次に、図５を用いて、本発明の実施例２に係る検測装置を説明する。なお、実施例１との共通点は重複説明を省略する。

【0039】

実施例１では、ｘ軸の正方向から見たときに、略Ｌ字状の断面形状を持つ比較的単純な形状の反射板３を用いたが、本実施例では、図５に示すようなより複雑な形状の反射板３を使用する。なお、図５の反射板３は、車両１００の右側に配置される反射板３（３ＵＲ、３ＤＲ）であり、車両１００の左側に配置される反射板３（３ＵＬ、３ＤＬ）はこれと左右対象の形状をしている。

【0040】

図示するように、本実施例の反射板３は、平坦な反射面３１の片側に垂直リブ３２が立てられている点は実施例１の反射板３と同等である。しかし、反射板３の進行方向に対する幅が大きくなるなどした場合に強度を確保するため、反射面３１の前後方向の中央に第二の垂直リブ３３を追加して設けている。この場合、反射面３１と第二の垂直リブ３３を接続する垂直部３４に走行風Ｗ１または走行風Ｗ２の流れが衝突し、反射板３を下側に押下げるような空気力が発生し、パンタグラフ１全体が発生する空気力に影響を受け、検測精度低下が懸念される。

【0041】

そこで、反射面３１の前後端部に所定の傾斜角度θを設けた端部プレート３５を付与することにより、空気の流れは端部プレート３５の下面に沿って滑らかに流れるため、空気力の影響を抑えることができる。したがって検測精度の向上や信頼性確保に寄与できる。

【0042】

端部プレート３５は進行方向に向いて傾斜させる。片側だけ付与する場合は、反射板３の軽量化や材料費低減のためのコスト抑制につながるが、流れの影響を極力抑えるためには、反射面３１の両端に付与することが好ましい。また、端部プレート３５の形状も平板だけでなく、曲面で構成するなどして、より空気力の影響を低減することも可能である。

【0043】

以上のように、本実施例によれば、反射板の反射面の端部に傾斜板を付与する。これにより、高い検測精度が得られ、かつ検測精度の高信頼化が得られる検測装置を提供することができる。

【0044】

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。