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パンタグラフ、パンタグラフの構成部分、および、パンタグラフの構成部分の形状の最適化方法

国内特許コード P07A011333
整理番号 /NO30914
掲載日 2007年11月6日
出願番号 特願2003-179607
公開番号 特開2005-020834
登録番号 特許第3909314号
出願日 平成15年6月24日(2003.6.24)
公開日 平成17年1月20日(2005.1.20)
登録日 平成19年1月26日(2007.1.26)
発明者
  • 鈴木 昌弘
  • 池田 充
出願人
  • (財)鉄道総合技術研究所
発明の名称 パンタグラフ、パンタグラフの構成部分、および、パンタグラフの構成部分の形状の最適化方法
従来技術、競合技術の概要 パンタグラフは、鉄道車両を構成する主要部品であり、その機能は、架線から走行車両へ安定して電気エネルギーを取り入れることにある。その機能を実現するためには、安定した揚力性能、つまり、架線とパンタグラフとの間の接触力を適正範囲に保つことが求められる。さらに、列車が高速に走行するのにしたがって、低騒音を実現することも求められる。パンタグラフは架線を一定の力で押し上げながら走行する。架線は、所定の間隔で配置された電柱によって、つり下げられているため、同じ力で押し上げても、場所によって変位量が変わってくる。そのため、パンタグラフは架線の動きに追随して、上下に動くことになる。すなわち、列車の走行速度と上下運動速度との合成ベクトルを考えると、パンタグラフに当たる流れの迎角が常に変化していることになる。また、トンネルや対向列車とのすれ違い等の走行条件から迎角が変化することもある。図1に示すように、パンタグラフ10は、台枠12、枠組み14、舟支え16、舟体18を備えている。このうち、最も上下方向の空気力(揚力)を受ける部分は舟体18である。迎角変化に揚力が敏感な舟体形状では、押し上げる力が過大になり架線を損傷させたり、逆に下向きの揚力が発生すると架線から離れ(離線)、受電できなくなったりする恐れがある。そこで、今までは、迎角変化に鈍感な舟体形状として、角張った断面(横断面)形状の舟体が主に採用されてきた。
産業上の利用分野 本発明は、空力特性が最適化されたパンタグラフ、および、その形状を最適化する手法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 所定の曲線により定義された形状を配置した流れ場のシミュレーションを実行し、目的関数が最小となるように、最適化手法を利用して得られた形状を有することを特徴とするパンタグラフ。
【請求項2】 所定の曲線により定義された形状を配置した流れ場のシミュレーションを実行し、目的関数が最小となるように、最適化手法を利用して得られた形状を有することを特徴とするパンタグラフの構成部分。
【請求項3】 前記パンタグラフの構成部分が舟体であることを特徴とする請求項2に記載の構成部分。
【請求項4】 前記曲線が、Bスプライン(B-spline)曲線であることを特徴とする請求項3に記載の構成部分。
【請求項5】 前記曲線が、三次スプライン曲線であることを特徴とする請求項3に記載の構成部分。
【請求項6】 前記舟体の断面が、進行方向に平行な直線に関して線対称であることを特徴とする請求項4または5に記載の構成部分。
【請求項7】 前記シミュレーションにおいて、舟体の迎角を上下に所定の角度だけ変動させ、かつ、目的関数として、
【数1】<EMI LX=0250 HE=026 WI=131 ID=000006 LY=0406>(なお、上記式において、Clは揚力係数、newはすり板が摩耗していない状態、oldはすり板が摩耗している状態、αは迎角(度)をそれぞれ示す。)を最小にするような形状を有することを特徴とする請求項3ないし6の何れか一項に記載の構成部分。
【請求項8】 前記シミュレーションにおいて、舟体の迎角を上限に所定の角度だけ変動させ、かつ、目的関数として、
【数2】<EMI LX=0250 HE=037 WI=137 ID=000007 LY=1126>(なお、上記式において、a,bは係数、Clは揚力係数、newはすり板が摩耗していない状態、oldはすり板が摩耗している状態、aveは平均値、rmsは実効値、αは迎角(度)をそれぞれ示す。)を最小にするような形状を有することを特徴とする請求項3ないし6の何れか一項に記載の構成部分。
【請求項9】 前記最適化手法が、Downhill Simplex法と焼き鈍し法との組み合わせであることを特徴とする請求項3ないし8の何れか一項に記載の構成部分。
【請求項10】 前記最適化手法が、進化的アルゴリズムであることを特徴とする請求項3ないし8の何れか一項に記載の構成部分。
【請求項11】 パンタグラフ或いはその構成部分の形状を最適化する方法であって、 所定の曲線により定義された形状を配置した流れ場のシミュレーションを実行するステップと、 目的関数が最小となるように、最適化手法を利用するステップとを備え、前記シミュレーションの実行および最適化手法の利用を繰り返すことにより、目的関数が最小となる形状を得ることを特徴とする方法。
産業区分
  • 鉄道
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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