專利名稱：高速低噪聲受電設備及有關受電的方法
技術領域：
本發明涉及用于鐵路車輛的一種受電設備及一種關于受電的方法，更具體地說，涉及適用于高速鐵路車輛的受電設備和有關受電的方法。
由高速鐵路車輛的高速度而引起的氣動噪聲隨著車輛速度的增加而迅速增加，因為噪聲大約與車輛速度的八次方成正比地增加。此外，還認為人們在將來將變得更加關心環境保護。因此，人們要求為高速行駛的車輛(如，超過270公里/小時)，開發低噪聲受電設備。
一種低噪聲受電設備是在一篇題目為“SpeedingupSHINKANSEN”(Nikkeimechanical，1992年4月出版，22頁至40至頁)的文章中提出的。下文是這篇報告中(特別在27頁上)的描述。
為了降低噪聲，希望作為受電部件的接觸板條具有流線形狀。考慮到流線形部件與支承該部件的支桿是聯成一體的，從而會產生升舉力。該升舉力或者導致該接觸板條脫離架空線，或者以過大的力接觸該架空線而割斷該架空線。在提供取決于車輛行駛方向的兩種受電設備的情況下，在折回站進行從一種到另一種的切換。該受電設備是T形的并由大尺寸的部件形成，以便降低產生的頻率。
為了便于考慮上述這些事實，在該文的圖5中表示了T形受電設備的視圖。這種受電設備由一個帶有細小運動彈簧的支承接觸板條的部件、一個通過復位彈簧升降該部件的氣缸、和一個支承該氣缸的絕緣體組成。
另外，傳統的導電弓型受電設備由一個具有接觸板條的導電弓、一個用于升降該導電弓的氣缸、四個支承和絕緣用于安裝該導電弓和該氣缸的固定底座的絕緣體，及一根安裝在該車輛車頂上的導電電纜組成。向該氣缸供給壓縮空氣是由穿過該絕緣體安裝的管子實現的。
另外，為降低噪聲而用的高速鐵路車輛受電設備的其它結構，也在日本專利申請公布No.5-49103(1993)和日本專利申請公布No.5-49104(1993)中做了描述。
用于高速鐵路機車車輛的受電設備，上文中提出的T形受電設備，及在上述日本專利申請公布中提出的用于高速鐵路車輛的受電設備就是為了解決伴隨高速行駛而產生的問題。然而，因為導電弓的功能((1)對架空線的接觸跟隨功能和(2)把接受到的電力導向該車輛的導電功能)試圖象傳統導電弓一樣利用唯一的一種結構來實現，就難以滿足由增加車輛速度引起的噪聲的有關響應架空線跟隨及降低噪聲的高級要求。
例如，該T形受電設備在跟隨問題上存在缺點。首先，用于升降的氣缸位于比支承絕緣體近的接觸板條側。因此，所述并降缸不得不使用氣動缸。盡管從控制反應的觀點來看，對高速車輛最好采用油液-液壓缸，但油液一液壓缸不能用在該設備中。
另外，該升降缸具有保持它對架空線的接觸壓力不變的控制系統，因而需要有用于測量該接觸壓力的裝置(如測壓儀)以便用作控制輸入。安裝接觸壓力測量裝置的位置在比該升降缸近的接觸板條側。由于該位置在高電壓區域部分中，要求有抗絕緣的措施。
另外，盡管該受電設備是一種用于受電的東西，但該文根本沒有公開其導電系統。
并且認為該氣缸在折回站切換時，用來升降受電設備。在這種情況下，由于把不用的受電設備伸出，降低噪聲的作用可能不足。
人們認為前面的日本專利申請公開中描述的受電設備也有相同的問題。
本發明的目在在于提供適用于高速鐵路車輛的一種受電設備和一種用于受電的方法，該設備可控制性優良，對架空線跟隨響應性也很好。
本發明的另一目的是提供適用于高速鐵路車輛的一種受電設備和一種用于受電的方法，該設備產生的噪聲低。
本發明的另一進一步的目的是提供一種受電設備和一種用于受電的方法，該設備能防止產生由不用的受電設備引起的噪聲。
本發明的另一更進一步的目的是提供一種具有受電設備的車輛，該車輛在高速行駛期間總能正確控制對架空線的接觸壓力。
通過把導電弓的功能分離為對架空線的跟隨功能和用于接受電力的導電功能而使該受電設備實現每一個功能，能達到本發明的目的。換句話說，本發明的目的能通過提供一種受電設備來實現，該設備包括一個受電部件、一個移動所述部件的驅動系統、一個連接所述受電部件與所述驅動系統的絕緣元件，及一個與所述驅動系統并列和用絕緣物覆蓋其外表面以便接收由所述的受電部件收集到的電流并把該電流導向負載側的導電元件。
本發明的另一目的的能通過提供一種受電設備而實現，該設備含有一個受電部件、一個移動所述受電部件的驅動系統、一個引導由所述部件接收到的電流的導電元件、一個安裝在所述驅動系統和所述導電元件上的固定基座。一套用于繞水平軸轉動所述固定基座的轉動裝置，以及一個裝在該車輛車頂上以便容納用于轉動和容納所述驅動系統和所述受電系統的所述轉動裝置的容納部件。
按照本發明，具有受電功能的結構部分重量輕、尺寸小并能改善跟隨架空線的控制特性，因為具有受電功能的、由該受件部件和該驅動系統組成的該結構部分是與具有電力電流傳導功能的結構部分分開安裝的，從而有利于能夠足夠地保持受電功能。
此外，車輛行駛期間噪聲的產生能受到抑制，這是因為在該車輛的車頂上裝有容納系統，在該系統內始終容納有驅動系統，而當具有受電功能的結構部分及具有導電功能的結構部分不用時還容納有這兩部分。
圖1是表示應用本發明的高速車輛的外觀的側視圖。
圖2是當該受電設備處在受電狀態時圖1中車輛的軸測圖。
圖3是根據本發明的一個實施例的受電設備和容納拱頂的俯視圖。
圖4是根據本發明的一個實施例的受電設備和容納拱頂的縱向剖視圖。
圖5是取自圖4中Ⅰ-Ⅰ線平面的橫向視圖。
圖6表示圖3中受電設備細節的主要部分的縱面剖視圖。
圖7是表示圖3中受電設備的驅動系統的側視圖。
圖8是圖6中受電設備的俯視圖。
圖9是圖6中受電設備的前視圖。
圖10是取自圖6中Ⅱ-Ⅱ線平面的受電設備的剖視圖。
圖11是取自圖10中Ⅲ-Ⅲ線平面的受電設備的剖視圖。
圖12是取自圖10中Ⅳ-Ⅳ線平面的設備的剖視圖。
圖13是表示容納拱頂中的活門系統的操作的俯視圖。
圖14是表示容納拱頂中的活門系統的操作的俯視圖。
圖15是表示活門系統的主要部分的縱向剖視圖。
圖16是表示另一活門系統的主要部分的縱向剖視圖。
圖17是容納拱頂放大的側視圖。
圖18是說明把受電設備裝入容納拱頂的操作的視圖。
圖19是說明把受電設備裝入容納拱頂的操作的視圖。
圖20是表示把受電設備裝入容納拱頂的狀態的外觀的軸測圖。
圖21是表示用于絕緣的支承絕緣體和用于導電的導電元件，及空氣流動與輪廓間關系的水平剖視圖。
圖22是表示受電零件與用于絕緣的支承絕緣體間的位置關系的縱向剖視圖。
圖23是表示使用本發明的一列車輛中的電氣布線實例的電路圖。
圖24是圖23中的高壓單元盒的縱向剖視圖。
圖25是表示圖23中控制系統的結構的方塊圖。
圖26是表示該受電設備的控制指令的流程圖。
圖27是表示該受電設備的反偏指令的操作程序的流程圖。
圖28是表示該受電設備的升起指令的操作程序的流程圖。
圖29是表示用于該受電設備的油液-液壓驅動系統的結構的方塊圖。
圖30是表示用于該受電設備的上拉力控制系統的結構的方塊圖。
圖31是表示受電器驅動系統的方塊圖。
圖32是表示容納系統結構的方塊圖。
圖33是根據本發明的另一實施例的受電設備的縱向剖視圖。
圖34是表示把本發明用于第三鐵軌類型的供電系統的結構實例的視圖。
圖35是表示根據本發明的受電設備和容納拱頂的另一個實施例的俯視圖。
圖36是表示取自圖35中Ⅴ-Ⅴ線平面的橫剖面視圖。
圖37是表示圖35中Ⅵ-Ⅵ線平面的橫剖面視圖。
圖38是表示圖35中的該受電設備的容納后狀態的視圖。
圖39是表示受電設備的另一實施例的視圖。
圖40是表示根據本發明的受電設備的一個實施例的軸測圖。
圖41是繞按照本發明的受電設備流動的說明性視圖。
圖42是繞傳統的流線形受電設備流動的說明性視圖。
圖43是表示按照本發明的在受電設備的受電器頭表面上的側向壓力分布曲線圖。
圖44是表示傳統的流線形受電設備的受電器頭表面上的側向壓力分布曲線圖。
圖45是表示按照本發明的低噪聲受電器頭和支撐柱的實施例的形狀的視圖。
圖46是關于表示按照本發明的受電設備噪聲降低效果的風洞實驗結果的曲線圖。
圖47是表示按照本發明的受電設備的另一實施例的軸測圖。
圖48是表示按照本發明的受電設備的另一實施例的橫剖面。
圖49是表示按照本發明的受電設備的另一實施例的軸測圖。
圖50是表示按照本發明的受電設備的另一實施例的視圖。
圖51是關于表示按照本發明的實施例效果的風洞實驗結果的曲線圖。
下面對最佳實施例進行詳細描述。
〔實施例1〕根據本發明的第一實施例將在以下詳細描述，參照圖1至圖32。
圖1表示使用本發明的高速車輛的外觀。為了降低噪聲，車體2的外表面形成光滑表面，并且車架也蓋有罩板2C。受電器20的底半部位于由容納拱頂包圍的位置。如用于絕緣的支撐絕緣體、用于導電的電纜頭、受電器頭等之類的受電系統的主要部件，在接受電流時從該容納拱頂4的中心伸出并與架空線接觸。該容納拱頂4的外表面為流線形以便減少氣動阻力。在該容納拱頂內有一個底板3、一根高壓電纜5、一個高壓接線器6、一個升起和放平該受電器20用的缸以及桿8。
對于這種車輛，一般該架空線中使用的電壓為交流25KV，電流為200A并且周波為50-60Hz。為了對這種高電壓保持絕緣距離和蠕變距離，必須使用一個非常高的受電器20和一具有許多折疊的絕緣體。當車輛高速行駛時，這種絕緣體引起行駛阻力并成為一個巨大的噪聲源。因此，當不處在受電狀態時，根據本發明的受電器20裝在容納拱頂4的內部。
圖2表示該受電器20在受電狀態并升到該容納拱頂4的中心附近的狀態。在受電狀態的受電器和容納拱頂4之間的間隙，和用于該容器的開口是由活門系統9完全關閉的。
圖3至圖7表示使用本發明的受電器20和容納拱頂4的詳細視圖。
因為該受電器不由傳統導電弓具有的折疊結構操作，所以該受電器20作為受電器頭32、絕緣的支撐絕緣件30、上下驅動的驅動桿31、缸32及導電的電纜頭50的一個單元，由轉動系統40繞著水平軸線轉動，并當該受電器20不處在受電狀態時被裝入該容納拱頂4中。于是，車輛行駛期間的氣動阻力和噪聲能被降低。
該受電器20的收攏和架起是由用于開起和放平的缸7和用于升起和放平的桿8的升起和由繞轉動系統40的軸線40A的轉動的來實現的。順便說一句，該轉動系統40由固定部件41支撐，該部件安裝在車體2上的基板3上。
當該受電器20升起或放平時，活門系統9由用于活門的缸42和用于活門的桿43的操作來打開。當該受電器20正在接受電流或被裝在容納拱頂中時，活門系統9關閉。這些操作由分開安裝的程序裝置或計算機的控制完成。其詳情將在以后描述。
高壓柔性電纜44疲勞嚴重并要求定時更換，因為它每當該受電器20每次被收攏和架起時移動頻繁。因此，高壓接線器6裝在柔性電纜44和車體2內隱蔽電纜5之間，這樣使更換高壓柔性電纜44較為容易。
從活門110、120、130、140之間的縫隙，或絕緣體30或絕緣部件50和活門130之間的縫隙進入容納拱頂4的水，通過容納拱頂4的底部兩側壁上提供的排水孔46，流出到該車輛的車頂上。因為車體2的車頂為向上凸出的弧形。如圖5所示，所以通過該容納拱頂4的兩側壁上的排水孔46容易實現排水。
如圖6至9所示，用于接受電流的接觸板條21嵌在有△-翼形的受電器頭22的頂部，并由接觸板條壓縮彈簧23和由將在以后描述的驅動系統推向架空線1。該受電器頭22用螺栓被固定在用于絕緣的支撐絕緣體30的頂部，而用于絕緣的該支撐絕緣體30被固定在位于下面的并從驅動缸32伸出的驅動桿31上。數33是一個測力計，用來測量該驅動桿31和絕緣的支撐絕緣體30之間的作用力，這就是舉高該受電器頭22的作用力。該驅動桿31借助于由單獨安裝的液壓增壓裝置產生的液壓力舉起，這種安裝方式旨在使電流接觸板條21對架空線1的接觸壓力被控制成最佳。
該受電器頭22從上邊看時差不多為三角翼形如，圖8所示。在該受電器頭22的寬度方向的兩端都向下彎曲。在這些部位有固定在該翼的上表面上的接觸板條21a。這些接觸板條由比該翼硬的材料制造(比如象鋼，紫銅，黃銅)。這些零件是緩沖板條，當架空線達到該翼端部分并且該受電器頭22與架空線1接觸時使該受電器頭22免受磨損。該接觸板條21a要這樣用螺栓固定在該受電器頭22上，使該板條具有與該受電器頭相同的電勢以防止打火花。該螺栓位于該接觸板條中的空心部件內以便減少表面上的伸出部件。在該接觸板條21a與該受電器頭22之間沒有彈簧23。
接觸板條21和21a電氣連接到導線51a上。當該受電器頭22用象玻璃纖維增強塑料之類的不導電材料制造時，在該接觸板條21和21a與導線51a之間裝有導電部件。
絕緣用的支撐絕緣體30和受電器頭22的連接部分的外表面為弧形。因此，減少了在所述部分氣動噪聲的產生。
受電器頭22的縱向截面為流線形，其高度隨著向后去而逐漸減少，如圖6所示。受電器頭22的材料為鋁，這是為了減少其重量。受電器頭22可以主要由樹脂形成，其形面覆蓋有GFRP(玻璃纖維增強塑料)或CFRP(碳纖維增強塑料)。
用于驅動缸32的驅動桿31與用于絕緣的支承絕緣體30的底部通過測力計的單元33連接。用于絕緣的支承絕緣體30和驅動桿31，通過使用頂部和底部法蘭連接到用于測力計的單元33上。用于絕緣的支撐絕緣體30的底部為圓柱形，并且該支撐絕緣體30的直徑與缸32的缸筒部分直徑是相同的。這部分用套筒59罩住。套筒59沿縱向切成兩半，使用平沉頭螺釘從徑向向外把這兩半固定在用于絕緣的支撐絕緣體30的圓柱部分上和缸32和缸筒部分上。套筒51的長度大于驅動桿31的行程。套筒59的上端的棱邊為圓角。驅動桿31是一根用油液-液壓壓力驅動的桿。數字130指示罩住，套筒59周圍的活門，該活門將在以后描述。
用于電流導向的、上述的電纜頭50具有導電元件53沿軸線方向貫穿絕緣體52的中心的結構。導電部件53的頂端從該絕緣部分伸出，并具有用螺栓固定的從側向伸出的撐臂。如熟知的那樣可以在該部分加上一個保護帽來代替這個撐臂。高壓柔性電纜44連接在導電部件53的底端。用于導電的電纜頭50的外徑向頂部逐漸減小，并且電纜頭50起高壓絕緣器的作用。
導電元件53的頂端上的撐臂和受電器頭22是用柔性編織的導線51連接的。導電部件51用螺栓和螺母固定。導線51由一根編織的電線形成，這樣受電器頭22可以容易地相對于導電的電纜頭50上下移動，并且導線51至少在它的一部分中有一個U形彎曲。電纜中的該U形彎曲，甚至在導線51的兩固定端之間的距離小時，也能使上下移動容易。用于導電的電纜頭50位于用于絕緣的支撐絕緣體30的背后，并且導線51與受電器頭22和導電元件53的連接位置也位于用于絕緣的支撐絕緣體30的背后。
在用于導電的電纜頭50中的絕緣體在其表面具有不平部分而且其底部52為圓柱形，如圖10至圖12中所示。圓柱52的底部用螺栓從上邊固定在基座55上。其座55和缸32的缸筒部分按單一的單元結構成形。在基座55的側表面有一個開口(55a)(在行駛方向背側)，這樣高壓柔性電纜44的連接部分可以從側向插到絕緣體52底部。在用于導電的電纜頭50的底部和在基座55的頂部具有法蘭，這兩個法蘭用許多螺栓連接在一起。
在基座55的兩側有用于升起和放平缸7的連接部分，導電用的電纜頭50與高壓柔性電纜44的連接部分貫穿基座55的空心空間。用于升起和放平的缸7的延伸方向在車輛的縱向。高壓柔性電纜44位于用于升起和放平的兩個缸7和7之間。高壓柔性電纜44通過接線器6連接到電纜5上。高壓柔性電纜44比電纜5柔軟。因為接線器6具有這樣的結構，所以接線器6與高壓柔性電纜44的連接和脫開能相當容易地進行。
現在返回到圖6和圖7，象驅動缸32、接線器6，用于升起和放平的缸7之類的部件通過固定件41安裝在基板3上。基板3用螺栓固定在由車輛的車頂本身形成的底座上。在高壓柔性電纜下面的基板3中有一個切口部分，以便使高壓柔性電纜44的彎曲空間較大，并使高壓柔性電纜在絕緣用的支撐絕緣體30轉動時容易彎曲。
采用這種結構時，驅動桿31的操作不會影響高壓柔性電纜44。驅動桿31具有以希望的壓力受電接觸板條21推向架空線1的功能，并以相當高的頻率上下運動。雖然高壓柔性電纜44由于升起和放平用的缸7的操作而被彎曲，但其彎曲狀態大體上發生在返回操作時并且彎曲頻率極低。因此，能使電纜獲得長的磨損壽命。測力計33能測量與架空線1的接觸壓力。
由于在驅動桿31和受電器頭22之間有用于絕緣的支撐絕緣體30，驅動桿31沒有加上高壓。因此，油液-液壓型方法可以用于驅動缸32，這就改善了控制信號的響應特性。
同樣，由于測力計33(壓力傳感器)也安裝在不施加高壓的位置，所以能獲得精確的控制輸入。
由于套筒59位于用于絕緣的絕緣體30的底端，而且絕緣用的絕緣體30與容納拱頂4之間的間隙能制得很小，所以即使絕緣用的支撐絕緣體底端的桿31的直徑很小，也能防止雨、雪或空氣流入套筒59。因此，支撐絕緣體30的底端折疊下面的長度能制得短些。
順便說一句，在絕緣用的支撐絕緣體30底端的圓柱長度比驅桿31的行程長時，可以取消套筒59。
如圖13和圖14中所示，在受電器20貫穿的部分中有活門110、120、130和140，這些活門通常關閉該開口。活門110是關閉受電器頭22穿過的開口的活門，是以一塊平板形成的。活門120和120是蓋住絕緣用的絕緣體30穿過的開口的活門，它們在車輛的寬度方向分成兩部分以便用一對活蓋型活門關閉一個開口。活門130和130是滑動型活門以便蓋住絕緣體30和52在直立升起狀態下的開口，并在車輛的寬度方向分成兩部分以便用一對活門關閉一個開口。當活門130和130關閉該開口時，打開兩個圓孔以便讓套筒59和絕緣體30和52穿過。活門140是一扇滑動型活門以便當受電器20裝入容納拱頂4時關閉那個由活門140和140關閉的同一開口。此時，活門130和130沒有關閉該開口。
參照圖14至圖16，下面將描述活門110的驅動機構的結構。如圖15中所示的活門110是滑動型的，并沿著車輛的縱向滑動。在由活門110關閉的開口110a的兩側都在車輛的寬度方向上有支撐活門110兩側端的導軌115。活門110的兩側是通過四個滾子112由導軌115支撐的。導軌115導向滾子112的頂部、底部和側面。活門110在開口打開時，位于容納拱頂4的相反側，而在開口關閉時裝入開口中。換句話說，當開口關閉時，活門110的上表面與容納拱頂4的上表面大體形成同一表面。導軌115具有這樣的彎曲以致于使活門110如上所述地運動。用于上下驅動的缸42安裝在基板3上。
活門120由以鉸鏈122作為旋轉軸的旋轉來打開和關閉，如圖16中所示。缸129安裝在基板3上。
活門130與活門110一樣也是滑動型的。用于活門130的導軌135沒有安裝在開口側。這樣做的原因是為了防止與活門140交叉。因此，關閉開口的活門部分也沒有導向滾子。為了把導向滾子放到活門130上，活門130具有這樣的形狀以致于當開口打開時活門向行駛方向的相反側大量地延伸。缸139安裝在基板3上。用于活門130的其余結構與用于活門110的結構相同。
在圖15和圖16中，在容納拱頂4的活門110和120的周圍提供有加熱器47和48。如有必要，加熱器可以裝在活門120相互接觸的部分。其它活門130和140也具有加熱器(圖中沒表示)。若在冬季它們被凍住，則給加熱器供電而化掉冰之后再打開活門110、120、130和140，這樣受電器20就容易被升起和放平。
活門140與洗門110一樣也是滑動型的。用于活門140的導軌145沒有安裝在開口側。這樣做的原因是為了防止與活門130交叉。因此，關閉開口的活門部分也沒有導向滾子。為了把導向滾子放到活門140上，活門140具有這樣的形狀以致于當開口打開時活門向行駛的相反側大量地延伸。缸149安狀在基板3上。用于活門140的其它結構與用于活門110的結構相同。
如圖17中所示，容納拱頂4分為三部分4A、4B和4C。容納拱頂4A部分是從用于活門130的導軌135至用于活門110的導軌115的區域。在容納拱頂側表面的適當位置容納拱頂4具有檢查孔4Aa，4Bb，4Cc，用來檢查、裝配和更換容納拱頂4中裝置的部件。
如圖18至圖20所示，從容納拱頂4向上伸出的受電器20，利用驅動升起和放平用的缸7而裝在容納拱頂4中。首先，稍微拉下(大約100mm)受電器頭22以便脫離架空線1，如圖18中所示。其次，如圖19中所示，打開活門9，再把受電器20放平以裝入容納拱頂4中，然后最終關閉活門9。
受電器20裝在容納拱頂4的狀態，如圖15所示，所有的開口由活門系統9關閉，容納拱頂4的外表面為光滑的流線形，在高速行駛期間幾乎不生產行駛阻力或噪聲源。
下面是根據本發明的實施例的詳細尺寸的一個例子。
容納拱頂的高度HD＝700mm容納拱頂的總長度L＝9300mm(上文參照圖4)容納拱頂的底部寬度WDL＝2500mm容納拱頂的頂部寬度WDH＝1800mm(上文參照圖5)用于絕緣的絕緣體高度HG＝500mm用于導電的電纜頭高度HC＝430mm受電器頭的前部高度TA＝130mm行駛方向上受電器頭的長度LA＝600mm在用于導電的電纜頭頂部和架空線之間的距離TB＝290mm(上文參照圖7)當驅動缸32的可動行程大約為300mm時，能得到足以容納驅動缸32、接線器6、用于升起和放平的缸7等的空間。
下面將描述裝配程序。由受電器頭22和具有絕緣用的支撐絕緣體30的驅動缸32組成的受電器20、用于升起和放平的缸7、高壓柔性電纜44和接線器6安裝在基板3上。受電器20處于裝在容納拱頂4中的狀態(圖14)。此時，驅動桿31處于其長度縮為最短的狀態。受電器頭22的頂部置于安裝在基板3上的緩沖基座(圖中沒表示)上。然后缸42、129、129、139、139、149置于基板3中。
裝配的東西安裝在車輛的車頂2上并用螺栓把基板3固定到車頂上。在這種條件下，受電器20可以容納狀態。在這種條件下，缸42、129、129、139、139、149也可以裝入。
下一步，連接接線器6和電纜5。并把用于驅動液體的管子連接到缸7、32、42、129、129、139、139、149之中的一個。其余工作就是把信號線連接到傳感器。
然后用螺栓把容納拱頂4A安狀固定到車頂2上。預先已經把活門110、120、120、130、130、140裝到容納拱頂4A上。缸42、129、129、139、139、149和活門110、120、120、130、130、140由通過檢查孔的工作來連接。
下一步，把容納拱頂4B和4C的端部安裝在車頂上并固定在車頂2和容納拱頂4B上。拱頂的相互連接部分具有重迭的結構。
高壓柔性電纜44或用于導電的電纜頭50的更換以這種方式進行，在受電器20裝在容納拱頂4中的條件下拆除容納拱頂。因為基座55的開口55a朝上并且提供有接線器6，更換工作能比較容易地進行。
缸42、129、129、139、139可以水平地安裝在容納拱頂4B中。這樣做時，拱頂4可以作為一個單元形成。另外，檢查孔可以小型化。缸42、129、129、139、139可以容易地與活門和容納拱頂4連接。這種裝配利用把容納拱頂翻轉進行。
在容納拱頂4中的活門130和130(套筒59穿過的地方)也以弧形直立。活門130之中的每一個都有兩個半圓形開口。并且兩個孔隨著關閉兩扇活門130和130而形成。套筒59和絕緣體52穿過這兩個孔。這兩個孔在其周邊有橡膠緩沖墊。由于套筒59上下運動，用于套筒59的孔稍大于另一個。
圖21表示用于絕緣的支撐絕緣體30(30a，30b，30c)和用于導電的電纜頭50的水平剖視圖，并表示氣流和輪廓間的關系。
圖(a)表示一種組合，此處用于絕緣的圓形支撐絕緣體30a的直徑稍大于用于導電的圓形電纜頭的直徑(空氣動力直徑幾乎相同)，并且兩者放在氣流中的前后。雖然氣流主要撞擊放在行駛方向前邊的用于絕緣的支撐絕緣體30，但是返回的空氣也撞擊用于導電的電纜頭50而在一些情形下產生噪聲。
圖(b)表示一種組合，此處用于絕緣的支撐絕緣體30b的直徑d1稍大于用于導電的電纜頭50的直徑D1。氣流主要撞擊具有大直徑并入在行駛方向前邊的、用于絕緣的支撐絕緣體30，而不撞擊用于導電的電纜頭50。這就大大地減少了噪聲。
d1＞D1d1即陰影部分絕緣體30的下凹部分D1外徑電纜頭50的凸出部分圖(c)表示一種組合，此處用于絕緣的支撐絕緣體30c被制成具有垂直于氣流的寬度且幾乎為流線形，而電纜頭50主動地由絕緣用的支撐絕緣體30遮住。這樣做時，噪聲比情形(b)減少得更多。如上所述，希望用于絕緣的支撐絕緣體30的直徑或寬度大于用于導電的電纜頭50的直徑。順便說一句，用于絕緣的支撐絕緣體30由環氧樹脂制造。
從低噪聲的觀點出發確定兩個絕緣體30之間的距離L。人們認為兩種噪聲的干涉可以降低噪聲。雖然用于絕緣的支撐絕緣體30的直徑從頂到底是相同的(容納拱頂4的上方)，但該直徑可以改變，例如，向下增大之類的改變。這樣做時，期望噪聲可以降低，因為氣流在豎直方向是變化的。
此外，如圖22中所示，希望用于絕緣的支撐絕緣體剛好放置在受電器頭22的重心G的下面，這個位置是所述受電器頭22的重力作用位置，也是由撞擊所述受電器頭的氣流引起的升力L的作用位置。在車輛行駛期間有一個升力L作用在所述的受電器頭22上。當所述的受電器頭22的豎直剖面形狀上下對稱時，在它下邊的速度低于它上邊的速度，因為它的下面安裝有用于絕緣的支撐絕緣體30。因此，作用在所述受電器頭22上的升力是向上的。當作用在受電器22上的升力位置是重心G的中心位置并且用于絕緣的所述支撐絕緣體30也是在該對應位置安裝時，就沒有引起該圖中所示的轉矩。這就意味著沒有額外的力作用在絕緣用的支撐絕緣體30上。
希望所述受電器頭22的重力G的中心作用位置與所述受電器頭22的升力作用位置一致。在重力G的中心作用位置與升力的作用位置難以一致的情況下，需要考慮使它們盡可能地靠近。
人們認為容納拱頂4可以導致氣流向上彎。作為防止這一問題的對策，受電器頭22可以傾斜以便適應氣流的角度，或者可以把受器頭22移到一個容納拱頂4不引起氣流角度效應的地方。在這方面，希望與車輛的速度相稱地調節受器頭22的角度和運動。
圖23表示把本發明用于一列車輛。
在該圖中，車輛2(2A～2H)如箭頭所示正從右手邊向左手邊行駛。一般地說，用列車后部的車輛接收電流以便把受電器20放置在邊界層發生較多的地方，從而減小空氣動力阻力和降低噪聲。因此，在該圖中，升起兩個在后部的受電器(20F、20H)，而兩個在前部的受電器(20A、20C)則裝在容納拱頂4中。
由受電器20接收的電力通過高壓接線器6和高壓電纜5導向高壓裝置箱60。在這個高壓裝置箱60中，裝有一個接收用的真空電路斷電器61和一個用于車輛的真空電路斷電器62，這兩者分別與用于導電的電纜頭68和高壓取出電纜67連接。用于接收的真空電路斷電器61防止所裝的且不用的受電器20免受通過高壓取出電纜67由其它受電器20施加上的高壓。
用于車輛的真空電路斷電器62接通和切斷電路以便在每一車輛上安裝受電器20。以這種方式通過真空斷路器62的電流用主變壓器63降低電壓，然后把該電流由換流器轉換成三相交流電，并把它的頻率和電壓控制成符合車輛的速度和牽引力以驅動主電機65。驅動主電機65后的電流經過車輪和軸66返回鐵軌69。在受電器20裝入時，高壓開關61切斷來自受電器20的高電壓。
圖24表示在高壓電氣箱60中的電氣布置的例子。在一個電氣箱60中，裝有兩個真空斷路器61和62和四個用于導電的電纜頭68。雖然高壓電氣箱的內部為大氣壓力，但該電氣箱是密封的。用于接收的真空斷路器61和用于車輛的真空斷路器62安裝在該電氣箱60的上部和底部。裸線68a用于兩個真空斷路器61、62和輸出線68aa，68ab，68ac，68ad的絕緣體68之間的連接。本技術中熟知的真空斷路器61和62由流到電磁線圈61a和62a的電流接通和切斷其電路。電纜68aa用來連接高壓柔性電纜44，電纜68ab用來連接主變壓器63，電纜68ac和68ad用來連接其它的電氣箱60。數字68A指示連接真空斷路器62的過壓保險絲。真空斷路器61和62具有相同的規格。由于真空斷路器61安裝在車輛地板的下面，與該斷路器安裝在車頂相比能降低車輛的重心。此外，兩個真空斷路器61和62安裝在一個電氣箱60中，還可降低成本。
一列車輛中每個車輛有一個具有隨動結構的控制裝置84，如圖25所示。由于該列車具有四個受電器20(20A、20C、30F、20H)，所以控制裝置84控制四套裝置。一套裝置由一個真空斷路器61、一個驅動缸32、兩個用于升起和放平的缸7、六個缸42、129、129、139、139、149組成。
有兩套輸入開關SW，每套開關分別安裝在列車兩端車輛的每個駕駛室中。一套開關由一個指令列車中的哪一個車輛為前車輛的開關9D1、一個升起所有受電器20的開關9D2，和一個把所有的受電器20裝入容納拱頂的開關9D3組成。控制裝置84包括一個存儲器84A、一個CPU84B和一個輸入/輸出接口84C。
CPU84B執行存放在存儲器84A中的程序，并執行各種處理。當用于指令列車中的哪一個車輛為前車輛的開關9D1接通時，CPU84B給列車前邊的兩個受電器(20A、20C)輸出一個放平指令(262)，而給后邊的兩個受電器(20F、20H)輸送一個升起指令(264)，如圖26所示。
根據所述放平指令的操作程序如圖27所示。在圖4的狀態下，切斷真空斷路器(271)以防打火花。其次，驅動桿31降到最低位以便實現圖18中的狀態(272)。并通過使用缸42、129、129、139、139打開活門110、120、120、130、130(273)。然后，使用升起和放平用的缸7把受電器20裝在容納拱頂4中，如圖19所示(274)。然后，通過使用缸42、129、129、149關閉活門110、120、120、140(275)。在這方面，由于活門120和120重疊，缸129和129的操作定時互不相同。
受電器20能夠利用很小的動力來轉動，因為轉動受電器20是在驅動桿31把它降低到脫離架空線1后進行的。此外，降低受電器20使活門120的長度變短，也使容納拱頂4的長度變短。
在狀入受電器20的條件下，活門130上的兩個開口(用于套筒59和用于絕緣體52的孔)由活門140關閉，因此可以期望降低行駛期間的噪聲。另外，雨或雪的流入也能減到最小。
當圖26中的步驟264給出升起受電器20的指令時，如圖28中所示，活門110、120、120、140就被打開(281)，再升起受電器20(282)，然后關閉活門110、120、120、130、130(283)。其次，用驅動桿31升起受電器頭22而接觸架空線1(284)。最后，接通真空斷路器61(285)。其效果與上述的相同。
可以在絕緣體30和驅動缸32之間安裝連桿機構，以代替使用驅動桿31去直接上下移動絕緣體30。這樣做時，驅動缸32還可以用于缸7的升起和放平。
圖29至圖31表示用于受電器20推力控制的受電器頭驅動系統230的結構。用于控制的測力計33和位移計34插在用于絕緣的支撐絕緣體30和驅動桿31之間。來自用于控制的測力計33和位移計34的輸出和來自速度信息檢測器85和鐵路信息檢測器86的輸出信息，一起引導到控制裝置83，控制裝置83計算對架空線1的最佳接觸壓力，并把電信號輸送給伺服控制裝置240中的伺服放大器242。伺服閥243接收來自伺服放大器242的電信號，并且該電信號控制來自油液-液壓源241的液體流動，以便控制驅動油缸32和驅動桿31之間的上推力U。
下面的符號在以下的描述中使用。
f＊目標接觸力fq起升力f接觸力fz波動力信號f＾接觸力估算信號fa＾干擾抑制力估算信號P估算狀態值矢量A矩陣常數L＾矢量常數C矢量常數B矢量常數r控制信號≈k2(f＊-f＾)-fa＾u上推力k1＇干擾補償增益k1″接觸力增益k2正常補償增益a1～a8權函數(形成k1＇)a架空線1的等效質量b架空線1的等效阻尼系數m1接觸板條21的質量m3受電器頭22和用于絕緣的支撐絕緣體30的質量
Y1、Y1＇、Y1″接觸板條的垂直位移、垂直速度、垂直加速度Y3、Y3＇、Y3″受電器頭22和用于絕緣的支撐絕緣體30的垂直位移、垂直速度、垂直加速度Z、Z＇、Z″、Z＇″架空線1的不規則位移、速度、加速度、加速度率C1用于推接觸板條的彈簧23的阻尼系數k1用于推接觸板條的彈簧23的彈簧常數ξ阻尼比X狀態值矢量W干擾矢量D、E矢量常數H矢量常數Q來自正常差補償裝置232的輸出狀態值矢量F標量常數G矢量常數伺服控制裝置240用來自控制裝置83的控制信號r操作驅動油缸32和驅動桿31，以便把上推力U作用在受電器22、絕緣用的支撐絕緣體30等上。控制裝置83被安裝在車輛2車頂的導電弓容納拱頂4內的接地側(電勢為零)。控制裝置83給接觸力觀測器裝置233輸入一個波動力信號fx和一個豎直位移信號Y3。這兩個信號是通過把來自控制用的測力計33和位移計34的輸出信號加以放大，并使用檢測信號檢查電路253而獲得的。測力計33和位移計34安裝在用于絕緣的支撐絕緣體30和驅動桿31之間。另外，控制信號r也同時送給接觸力觀測器裝置233。然后接觸力觀測器裝置233為估算而輸出一個接觸力估算信號f＾和一個干擾抑制力估算信號fa＾。接觸力觀測器裝置233由一個狀態值估算裝置236、一個干擾抑制力增益裝置237和一個接觸力估算裝置238組成。
此外，控制裝置83具有一個目標值指令裝置231，該目標值指令裝置借助于關于行駛地方的信息信號與檢測到的行駛速度信號的結合，運用來自車輛上的控制器的行駛信息(速度信息85、道路信息86)，采用優化和變化的方法來設置接觸壓力目標值;控制裝置83還有一個正常差值補償裝置232，該正常差值補償裝置通過目標值指令裝置231設置的接觸壓力目標值f＊與接觸力觀測器裝置233估算用的接觸力估算信號f＾輸出之間的差值，或與干擾抑制力估算信號fa＾之間的差值，來計算所述的控制信號r[＝k2(f＊-f＾)-fa＾]。
這里，k2是正常差值補償裝置232中的正常補償增益。用于控制的測力計33安裝在用于絕緣的支撐絕緣體30和驅動桿31之間，并高精度地測量載荷(張力或壓力)以便輸出一個作用后的波動力信號fx。
同樣，位移計34安裝在用于絕緣的支撐絕緣體30和驅動缸32之間，并輸出驅動桿31的豎直位移、速度和加速度。升力主要作用在受電器頭22上和絕緣用的支撐絕緣體30等上，并由平均升力和豎直作用物波動力的合開力fq組成。因此，當車輛高速行駛時，作用在受電器20的總體上的fq增加，因此接觸壓力f顯著改變。
所述的接觸壓力用方程(方程1)表示。
f＝fx-m1y1″-m3y3″-fq(方程1)其中，Y1、Y1
、Y1″為受電器接觸板條21等的位移、速度和加速度。Y3、Y3
、Y3″為受電器頭22和絕緣用的支撐絕緣體30等的位移、速度和加速度。
目標值指令裝置231通過使用從車輛控制器傳輸來的行駛信息(行駛速度、行駛道路、位置、氣候、行駛時間、地震等)用優化改變的方法設置接觸壓力目標值f＊。正常差值補償裝置232輸入一個從目標值指令裝置231設置的f＊上減去接觸力估算信號f＾得到的信號，并輸出一個把信號ef乘以補償增益k2得到的信號Q[＝k2(f＊-f＾)]。通過減法器從Q減去干擾升起壓力估算信號fa＾而得到的控制信號r，輸入給伺服控制裝置240。使用控制信號r操作驅動桿31，以抑制升力fq和來自架空線1的外力。
為了計算干擾抑制力估算信號fa＾，干擾抑制力增益裝置237把干擾補償增益k1
(a1～a8)的下列權函數乘以來自狀態值估算裝置236的含有升力fq和來自架空線1的外力的輸出信號(Y1、Y3、其中R1-R3、R5、R28、R30和q的定義與權利要求1相同。</claim><claim>11、權利要求10所述的方法，其中R30代表烷基，鏈烯基或鏈炔基，這些基團含有至多5個碳原子，或所說的這些基團可被
基團取代，其中X，Y和R13的定義與權利要求1相同。</claim><claim>12、制備由式Z表示的式Ⅲ化合物的方法，
其中R1-R3、R5、R6和R38的定義與權利要求1所定義的相同。</claim><claim>13、權利要求12所述的方法，其中式Z化合物中R38代表OC1-5烷基，可選擇性地被
基團所取代，其中X，Y和R13都與權利要求1所定義的相同。</claim><claim>14、權利要求13所述的方法，其中R38代表OCH(CH3)2或OCH(CH3)CO2CH3基團。</claim>裝置236，然后裝置236通過借助于最小尺寸觀測法的狀態估計，輸出上述的八個狀態值，Y1、Y3、Y1
、Y3
、Z、Z
、Z″、Z
″。使用最小尺寸觀測法(Gopinath法)求狀態值的計算，在由Corono Co.(1988)出版的名為“觀測器”(Observer)的書中第21～32頁做了描述。狀態方程(方程4)如下所示。
d/dt(p)＝(A-L＾C)×P+B×U+L＾×Fx(方程4)其中，P是觀測器的估算狀態值(Y1＾、Y3＾，Y1
＾、Y3
＾、Z＾、Z
＾、Z″＾、Z
＾)，Fx為對力檢測器的輸入標量，A為8×8矩陣，L＾為1×8矢量，C為1×8矢量，B為8×1矢量。因此，由于受電器20的八個特征根在復數坐標系的點(-0.128，j±12.34)、(-1.212，j±121.84)、(-1.88，j0)、(-23.69，j0)、(-27.76，±j98.19)上，狀態值估算裝置236的七個觀測器特征根就在該復數坐標系上以如下的方式確定。這就是確定方程(方程4)中矩陣(A-L＾C)的根。
(-6.0，×j12.34)、(-23.69，j+0)、(-27.67，±j98.19)、(-60，j±121.84)從這些點可知這樣確定的兩個根，(-6.0，j±12.34)和(-60，j±121.84)，使取決于干擾的兩個根(-0.128，j±121.84)和(-1.212，j±121.84)的阻尼特性得到改善(ξ＝0.01ξ＝0.44)。
使用接觸力觀測器裝置233主動控制干擾抑制力的方法將在以下描述。包含架空線1的外力、升力等的受電器20的狀態方程表示如下。
d/dt(X)＝A×X+B×U+D×W (方程5)f＝C×Z+E×W(方程6)其中，X為狀態值(Y1、Y3、Y1
、Y3
、Z、Z
、Z″、Z
″)矢量，上推力矢量U＝H×R，r為控制信號矢量，H為矢量常數，f為用于接觸力的輸出標量，W為干擾的輸入標量，A為8×8矩陣，B為8×矢量，C為1×8矢量，D為8×1矢量，D為1×8矢量。
以下表示用于正常差值補償裝置232的狀態方程。
d/dt(Q)＝F×Q+G(f＊-f＾)然后，能得到下列方程Q＝k2(f＊-f＾) (方程7)其中，k2為正常補償增益矢量，Q是正常差值補償裝置232的輸出狀態值(1×1)矢量，F為標量常數，G為矢量常數，(f＊-f＾)為對力差值控制信號的輸入標量。
u＝H×r＝H×(Q-fa＾)＝H×(Q-k1
×P)＝K1×P+k2×Q (方程8)其中，k1
和k2為矢量常數，且有關系k1＝-H×k1
和k2＝H。從方程5～8，最佳接觸壓力目標值f＊和接觸壓力f和上推力u的所有狀態方程表示如下。
其中，x＝[Y1，Y3
，Y1
，Y3
，Z，Z
，Z″，Z″]T(方程9)f=［c,o ］［XQ］+E/AW]]>(方程10)因此使用方程7至方程10，利用把取決于fa＾和f＾的上推力u(方程8)的所述控制信號r輸入到伺服控制裝置240能減小接觸力，通過把變化力信號fx和上推力u的所述控制信號輸入到接觸力觀測器裝置233能求得fa＾和f＾。要求適當選擇這時使用的干擾補償增益k1
、矢量常數H和正交補償矢量F/G。
圖31表示受電器驅動系統244的結構，該系統輸入所述的控制信號r以便輸出上推力u。系統244有一個放大所述控制信號r用的放大電路242、一個控制來自油液-液壓源241用的油壓的伺服閥243、一個驅動油缸32和一個驅動桿31以便利用伺服閥243引起的伸出和縮回操作動作產生上推力u。
雖然在本例中使用油液-液壓源，但當伺服閥和缸反應足夠快時，如下所述，可以使用壓縮氣源來代替它。在這種情況下，要求對應于所述控制信號r的上推力u的傳輸特性為相同的量級。
圖32是表示兩個容納系統360a和360b的操作以便把受電器頭22裝入容納拱頂4的方塊圖，在這里操縱升起和放平用的兩個桿8a和8b來伸出和縮回，而通過轉動系統40來操縱受電器20轉動。兩個容納系統360a和360b由放大器361a和361b、開關閥362a和362b及升起和放平用的缸7a和7b組成。當容納系統從安裝在容納拱頂4中的用于升起和放平的控制器364中輸入操作信號時，來自油液-液壓壓力源363的油液-液壓壓力就操縱容納系統，以便由升起和放平用的桿8a和8b升起垂直于車體2的受電器20，從而從架空線1上接收電流如圖18所示。另外，當裝入受電器20時，容納系統把接觸板條從架空線1上脫開，以便用伸出的升起和放平用的桿8a和8b把它裝入容納拱頂4中，如圖19所示。
使用電機代替油液-液壓壓力來驅動受電器20，可以實現本發明的另一實施例。
對于以比較低的速度行駛的車輛，不需要用于容納拱頂4的活門系統。由于容納拱頂4本身具有減少噪聲的顯著效果，藉以放出或放入受電器20的開口可以保持打開。
〔實施例2〕圖33表示本發明的另一個實施例，其中用來導電的高壓柔性電纜44保持在用于絕緣的支撐絕緣體30的空心部分中。在該絕緣體的內部裝有導體53以便支撐受電器頭22。換句話說，用于導電的電纜頭支撐著受電器22。高壓柔性電纜44從絕緣體30的一側拉出。受電器頭22用一個螺母和一個絲桿固定，該絲桿是在用于導電的電纜頭22中的導電體的頂端形成的。于是，優點在于能實現僅有一個絕緣體的結構。
但是，不能期望高壓柔性電纜44的壽命長，因為高壓柔性電纜隨著驅動桿31的操作上下運動。
〔實施例3〕圖34表示本發明的另一個實施例，該實施例適用于第三鐵軌種類的受電系統。
在這個實施例中，本發明用于一種車輛，這種車輛從安裝在鐵路一側的第三鐵軌上接收電流，而不是從安裝在車輛上方的架空線上接收電流。
這種類型的受電廣泛用于地鐵車輛，在此，正電壓加在安裝于鐵路一側的第三鐵軌76上以便減小隧道截面，而負電壓加在車輛行駛的鐵軌75上。第三鐵軌76用絕緣體77絕緣。利用把受電靴73推向第三鐵軌進行受電。
在受電靴73的車輛側有一個絕緣體72以便與車輛絕緣，在該車輛側還有一個控制用的油液-液壓缸71以便控制受電靴的推力。用于控制的油液-液壓缸71被固定在相對鐵軌75有小量位移的軸箱體上或車架70上。受電靴73接收的電通過柔性導體74被輸送到用于受電的電纜頭78，然后再導向安裝在車輛2上的控制系統。
〔實施例4〕圖35～圖37表示本發明的另一個實施例。在這個實施例中，受電器20可旋轉地向行駛方向的后方平放。在用箭頭指示的行駛方向的前側位置有缸7和接線器6。高壓柔性電纜44位于支撐受電器20的鉸鏈分支之間。小室4A、4B、4C以與上述實施例的行駛方向相反地被置位。
在這里，當受電器20裝在容納拱頂4中時，受電器頭22的三角形的頂點達到上邊。因此，與上述的實施例相比，能減小容納拱頂4的尺寸，從而減小行駛阻力。
〔實施例5〕雖然在以上的實施例的用于絕緣的支撐絕緣體30在行駛期間保持直立，但認為用于絕緣的支撐絕緣體30的傾斜角度，可以利用用于升起和放平的缸7的操作去控制翼力，作與行駛速度相稱的變化。在這種情況下，希望受電器接觸板條21和受電器頭22形成弧形。另外，當來自容納拱頂的風強烈影響受電器20時，也考慮到把受電器20向行駛方向移動。
由于在高速行駛期間有升力作用在受電器頭22上，就控制受電器頭22，利用升起和放平用的缸7使受電器頭22的前頂指向稍微向下。在圖32中，因為用于升起和放平的控制器364操縱用于升起和放平的缸7，所以當車輛的行駛比給定的行駛速度快時，就用來自車輛上的控制器的行駛速度信息使受電器頭22的前頂指向稍微向下。并且也使用來自中心操作室的指令。
由于該車輛在遂道中通過時受其它車輛的影響而使升力變大，所以受電器頭22同樣向下指。當車輛以高速進入遂道時，受電器頭22也向下指。在圖32中，用于升起和放平的控制器364，使用來自車輛上的控制器的行駛位置信息或來自中心操作室的指令來操縱用于升起和放平的缸7。
〔實施例6〕另外，認為要在用來導電的電纜頭50的背后放置一塊隔板，以便矯直導電用的電纜頭50的下游的氣流。該隔板由絕緣材料制造并裝在用于導電電纜頭50的安裝基座55上。
〔實施例7〕最好在受電器20中提供有緊急接地開關EGS。也就是說，如圖39中所示，在受電器20中安裝有并列于用來導電的電纜頭50的緊急接地開關EGS300。緊急接地開關EGS具有一個用壓縮空氣源301操縱缸機構302來驅動的銅桿303。通常在容納拱頂中的銅桿303，隨著司機的緊急操作而從容納拱頂中伸出，通過接線柱304把其上端連接到受電器22上，如圖中所示。數字305指示連接到基板3上的一根編織銅導線。該緊急接地開關EGS在緊急關頭具有盡快把受電器頭轉向接地的功能。緊急接地開關EGS與支撐絕緣體30和用來導電的電纜頭50一起由轉動系統40轉動以便升起或放平，該開關的缸機構302與缸32形成一個裝置。
〔實施例8〕本發明的另一個實施例是用來導電的電纜頭50具有傾角地安裝以便高壓電纜易于移動。這樣做時，用來導電的電纜頭50不并列于絕緣用的支撐絕緣體30，這就會減少在它們之間產生的駐波，因而進一步減小噪聲。
根據本發明的上述實施例，具有受電功能的結構部分能夠重量輕、尺寸小，并能改善跟隨架空線1的控制特性，由于具有受電功能并由受電部件和驅動系統組成的結構部分從具有導電功能的結構部分中分離出來安裝，這就能充分保持電力接收功能。
另外，在車輛行駛期間的噪聲產生能受到抑制，因為在車輛的車頂上提供有一個容納系統，在該系統中總是裝著驅動系統，并且具有受電功能的結構部分以及具有導電功能的結構部分在其不校準時也裝在該系統中。
根據本發明的實施例將在下文中詳細描述，參照圖40至圖51。圖40是表示本發明的實施例的軸測圖。受電器20有一塊從架空線1上接收電流的受電接觸板條21、一個具有在行駛方向向后掠到其縱向的前部以便安裝受電接觸板條21的受電器頭22，一個具有流線形的、支撐受電器頭22的支撐柱400、一個使車體2和受電器20電氣絕緣的絕緣體500以及一些用來豎直驅動它們的驅動裝置(沒表示)。
由于組成傳統受電器20的接觸板條和受電器頭22形成象圓棒之類的兩維形狀的部件，所以典型卡門(Karman)渦流類的兩維渦流易于產生，從而產生大的氣動噪聲和大的空氣阻力，這已成為高速行駛的問題。由于提出的消除這一問題的流線形受電器與非流線形的受電器相似，抑制了卡門渦流的產生，因而能降低噪聲。但是，由于受電器20在垂直于行駛方向的方向上即使在這種情況下也具有長零件，所以流動也有成為兩維的傾向。因此，即使受電器頭形成流線形時，產生氣動噪聲的程度仍很大。
雖然流線型受電器的噪聲低于非流線形受電器的噪聲，但對于低噪聲高速行駛仍要求更低噪聲的受電器20。
由于根據本發明的受電器20裝備著一個具有在行駛方向向后掠到其縱向的前部的受電器頭22，所以縱向渦流繞受電器頭22產生。該縱向渦流抑制具有典型卡門渦流的兩維結構的渦流的產生。圖41和圖42直觀地表示繞受電器頭的流動一個根據本發明有受電器頭305(圖41)和一個用在一般流線形受電器20中的翼形受電器頭306(圖42)。在根據本發明的受電器305中，縱向渦流抑制易于產生噪聲的同相渦流，因而抑制噪聲的產生。
圖43和圖44直觀地表示受電器頭表面上的壓力分布。在傳統的兩維翼308中，如圖44中所示，由于渦區是兩維的，所以該表面上的壓力沿翼308的縱向也是均勻的和兩維的。另外，在具有根據本發明的后掠前端表面的受電器頭307中，如圖43中所示，由于該壓力分布沿受電器頭22的側向不是均勻的，所以噪聲就難以產生。
為了降低由繞受電器頭22和支撐柱400間的連接部分的流動而產生的氣動噪聲，在受電器頭22和支撐柱400之間的連接部分用變曲表面形成，如圖45中所示。另一方面，該連接部分由多邊形表面這樣形成，使該連接部分沒有尖角。當受電器頭22和支撐柱400之間的該連接部分具有銳角或直角時，在該處會出現產生氣動噪聲的第二流動。由于在壁表面附近的流動的突然變化易于產生噪聲，采用根據本發明的連接部分就會減少噪聲。特別是當光滑表面與受電器頭22接觸部分的長度S2差不多為受電器頭22在其縱向的長度S1的三分之一，并且在受電器頭22的底面和光滑表面與支撐柱400的接觸部分之間的長度S3差不多為受電器頭22在其縱向長度S1的六分之一時，降低噪聲的效果非常大。
圖46表示使用根據本發明的受電器20的模型，由風洞實驗得到的關于噪聲的結果，還表示了傳統受電器20的實驗結果以便比較。根據本發明的受電器20(圓圈)與傳統的受電器相比把噪聲降低了20分貝左右，而與流線形受電器相經降低了5分貝多。
還希望受電器頭22具有該受電器頭的橫截面為翼形而在該受電器頭的兩側的正前面為后掠形狀。對于具有上述形狀的受電器22，由于邊緣后掠到該受電器頭，在該邊緣線上的接觸板條21就難以產生均勻的具有同相位的渦流因而降低噪聲。
〔實施例10〕本發明的其它實施例如圖47中所示。受電器頭22具有菱形(在俯視圖中)的形狀，該形狀是把具有在兩個外側22A的正前面相對于中心部分22B縱向后掠的兩個受電器頭組合而形成的。也就是說，該受電器頭縱向對稱并具有前邊緣從受電器頭的中心沿著縱向后掠的形狀，該受電器頭實現了產生縱向渦流且縱向對稱的低噪聲受電器20。
受電器頭22的兩側端在與架空線1接觸的上表面側以凸曲面的方式形成，以便減少翼頂渦流的產生并引導架空線。
〔實施例11〕還有本發明的其它實施例，其中接觸板條的有效長度依行駛速度的高低而變并與行駛方向相符。在低速行駛期間，接觸板條21的有效長度較長以便克服架空線變化等造成的困難。另一方面，在高速行駛期間，受電器頭22的形狀變成適合減少噪聲的形狀。
還有本發明的另一個實施例，其中裝有轉臺以便安裝受電器22并按照車輛的行駛方向轉動受電器22。借助于采用這種技術，能減少安裝受電器的數量。
〔實施例12〕圖48表示本發明的另一個實施例。對于本實施例中的受電器20，其中受電器頭22翼形橫截面的最大豎向厚度(hmax)的位置P，是在從翼形前邊緣算起的弦長度(C)30%處的后面，并且在后邊緣附近受電器頭22的上表面為凹形曲面。在受電器頭22具有上述形狀的條件下，已經肯定從最高壓力點到后端的壓力降是平緩的，并減少了氣動噪聲。因此，具有根據本發明的橫截面形狀的受電器22減小噪聲有效。而且，對于水平線具有對稱形狀的受電器頭具有較高的效果。
〔實施例13〕圖48表示本發明的另一個實施例。用于受電器頭22的支撐柱400具有幾乎不導致氣動噪聲的圓錐或橢圓錐形狀。于是，繞該支撐柱的流動在豎直方向變化，使流動變為三維的，并抑制噪聲的產生。
〔實施例14〕圖50表示本發明的另一個實施例。當接觸板條21為兩維的形狀時，會產生大的氣動噪聲。在這種情況下，在受電器頭22上在前邊緣到接觸板條21的附近比接觸板條21窄的位置處，至少裝有一個或多個在車輛地駛方向具有長的形狀的凸塊222，并且這些凸塊產生縱向渦流以便抑制由接觸板條21引起的卡門渦流之類的氣動噪聲。特別是當裝到接觸板條21的寬度上的凸塊在數量上多于三塊時，減少噪聲的效果更大。
圖51表示為研究本發明的噪聲減少效果的風洞實驗結果。根據本發明，用于產生縱向渦流的凸塊222對減少噪聲非常有效。
根據本發明，借助于使用具有后掠到其縱向的受電器頭以便在該受電器頭上主動產生縱向渦流從而抑制具有相同相位的兩維渦流的產生，也就是說，該渦流易于產生氣動噪聲，易于在傳統的受電器中產生，能在用于高速鐵路車輛的受電器中實現減小噪聲。另外，不僅借助于把受電器頭和支撐柱形成流線形，而且還借助于受電器頭和支撐柱的光滑連接，以便抑制在受電器頭和支撐柱的連接部分處第二流動的產生，而不干擾由該受電器頭產生的縱向渦流能夠實現減小從受電器頭和支撐柱間的連接部分產生的氣動噪聲。
根據本發明的另一結構，借助于用導管產生旋流而產生三維流動，能夠實現減小由受電器產生的兩維流動引起的氣動噪聲。
根據本發明的另一結構，受電器頭的部件可以移動，這樣在低速行駛期間提供有引導架空線的穿過功能，并在高速行駛期間借助于放平受電頭而提供一種用于低氣動噪聲的形狀以降低噪聲。利用該結構，在高速行駛期間可以得到低噪聲的形狀，而在低速行駛期間在改變架空線方面沒有問題。
權利要求
1.一種受電器，包括一個電流接收部件；一個驅動系統，用以使所述電流接收部件運動；一個導電部件，以用將用所述電流接收部件所接收的電能傳導至負載側；其中所述電流接收部件通過一絕緣部件連接到所述驅動系統上。
2.根據權利要求1的受電器，其中所述導電部件用在其表面上的絕緣體所覆蓋并與所述絕緣部件相并置。
3.根據權利要求2的受電器，其中所述導電部件穿入一個與所述絕緣體相分離地提供的第二絕緣部件的內部，所述導電部件的一端具有與所述電流接收部件相連的柔性導電部件，所述導電部件的另一端則與一柔性電纜相連接。
4.根據權利要求1的受電器，其中所述導電部件與所述驅動系統相并置。。
5.根據權利要求1的受電器，其中所述導電部件被設置于所述隔離部件內部，所述導電部件的一端與所述受電器頭相連接，所述導電部件的另一端與一柔性導電電纜相連接。
6.根據權利要求1的受電器，進一步包括一個傳感器，位于在所述驅動系統和所述絕緣部件之間的連接位置上，用以控制所述驅動系統。
7.根據權利要求6的受電器，其中所述傳感器是一種用于檢測力的傳感器。
8.根據權利要求1的受電器，其中所述隔離部件被形成為用以支撐所述電流接收部件的總重量，所述導電部件是一種絕緣包覆的導電部件，其表面用絕緣材料所包覆，所述絕緣包覆導電的部件與所述驅動系統并行設置。
9.根據權利要求1的受電器，其中所述導電部件與所述驅動系統相并置，進一步包括一個固定基座，用于安裝所述驅動系統和所述導電部件;升起/放平/轉動裝置，用以轉動所述固定基座，并用以升起和放平所述電流接收部件、所述絕緣部件和所述導電部件。
10.根據權利要求1的受電器，其中所述驅動系統包括一個鏈接機構，以驅動所述電流接收部件;一個致動器，以驅動所述鏈接機構。
11.根據權利要求1的受電器，進一步包括安裝于所述電流接收部件和所述驅動系統之間的檢測裝置，用以檢測包括作用在所述電流接收部件上的干擾在內的波動力;估算裝置，用以計算接觸力估算信號，該信號通過來自所述檢測裝置的信號估算一種狀態;控制裝置，用以計算通過從一個接觸力目標值信號中減去干擾抑制力估算信號和由所述估算裝置輸出所述接觸力估算信號而獲得的力差信號，并用以控制所述驅動系統的推力。
12.根據權利要求1的用于鐵路車輛的受電器，其中受電器頭支撐所述電流接收部件并被設置于所述電流接收部件和所述絕緣部件之間，其形狀為所述受電器頭在其運行方向上頂部前面向其橫側方向掠回。
13.根據權利要求12的用于鐵路車輛的受電器，其中所述受電器頭的垂直橫剖面形狀為翼形。
14.根據權利要求13的用于鐵路車輛的受電器，其中所述翼形橫剖面的最大厚度位置位于比距該翼形件的前緣起的翼長的30%更靠后之處。
15.根據權利要求1的用于鐵路車輛的受電器，其中所述受電器包括一支撐所述電流接收部件的受電器頭和一個位于所述電流接收部件和所述驅動系統之間的支撐柱，所述受電器頭和所述支撐柱之間的連接部分被制成為一曲面。
16.根據權利要求13的用于鐵路車輛的受電器，進一步包括至少一個或更多縱向渦旋發生裝置，用于在所述受電器頭的所述頂部前面上產生縱向渦施。
17.根據權利要求1的受電器，進一步包括一個容納拱頂，用以容納所述驅動系統、所述絕緣部件和所述導電部件。
18.根據權利要求17的受電器，其中所述導電部件與所述絕緣部件和所述驅動系統相并置，所述導電部件和所述驅動系統被安裝在所述容納拱頂內的一個公共支撐部件上。
19.根據權利要求17的受電器，其中所述容納拱頂包括一個平滑的流線形外表面;一個開口，用以將所述絕緣部件推上推下;一個活門，用以蓋住所述開口。
20.一種鐵路車輛，包括電流接收部件;驅動系統，用以驅動所述電流接收部件;導電部件，用以將由所述電流接收部件所接收的電能傳導至負載側;其中所述電流接收部件和所述驅動系統與一絕緣部件相連接，所述電導部件與所述驅動系統相并置。
21.根據權利要求20的鐵路車輛，進一步包括一個固定基座，用以安裝所述驅動系統和所述導電部件;升起/放平/轉動裝置，用以轉動所述固定基座，并升起和放平所述電流接收部件、所述驅動系統和所述導電部件;一安裝在車輛頂部的容納部分，用以在放平狀態時容納所述電流接收部件。
22.根據權利要求20的鐵路車輛，進一步包括一個第一絕緣柱，用以將所述電流接收部件與所述驅動系統相連接;一個第二絕緣柱，用以支撐所述導電部件。
23.根據權利要求22的鐵路車輛，其中所述第二絕緣柱被置位于所述電流接收部件之下并沿車輛行進方向位于所述第一絕緣柱背面;所述第二絕緣柱的外直徑小于所述第一絕緣柱的外直徑。
24.根據權利要求20的鐵路車輛，進一步包括檢測裝置，設置于所述電流接收部件和所述驅動系統之間，用以檢測包括作用在所述電流接收部件上的干擾在內的波動力;估算裝置，用以計算通過來自所述檢測裝置的信號估算一種狀態的接觸力估算信號;控制裝置，用以計算通過從一接觸力目標值信號中減去一擾動抑制力估算信號和由所述估算裝置輸出的所述接觸力估算信號而獲得的力差信號，并控制所述驅動系統的推力。
25.根據權利要求20的鐵路車輛，進一步包括所述電流接收部件和車輛主體之間的導電系統，所述導電系統包括一真空斷路器和斷路器控制裝置，用以響應所述驅動系統的驅動狀態，打開和閉合所述真空斷路器。
26.一種受電器，包括一電流接收部件;一驅動系統，用以運動所述電流接收部件;一個導電部件，用以將由所述電流接收部件所接收的電能傳導至負載側;進一步包括檢測裝置，安裝在所述電流接收部件和所述驅動系統之間，用以檢測包括作用在所述電流接收部件上的干擾在內的波動力;估算裝置，用以計算通過來自所述檢測裝置的信號估算一種狀態的接觸力估算信號;控制裝置，用以計算通過從一接觸力目標值中減去一干擾抑制力估算信號和由所述估算裝置輸出的所述接觸力估算信號而獲得的力差信號，并控制所述驅動系統的推力。
27.一種用于鐵路車輛的受電器，包括具有受電器頭的電流接收部件;驅動系統，用以運動所述電流接收部件;導電部件，用以將由所述電流接收部件所接收的電能傳導至負載側;其中所述受電器頭具有其橫截面為翼形的形狀，而其頂部前面在運行方向上向其橫側方向掠回。
28.一種用于鐵路車輛的受電器，包括具有一受電器頭的電流接收部件;驅動系統，用以運動所述電流接收部件;導電部件，用以將由所述電流接收部件所接收的電能傳導至負載側;其中所述電流接收部件通過一絕緣部件與所述驅動系統相連接;該受電器進一步包括一容納拱頂，用以容納所述驅動系統、所述絕緣部件和所述導電部件;所述容納拱頂包括一平滑流線型外表面、一開口，用以將所述絕緣體推上推下。
29.根據權利要求28的用于鐵路車輛的受電器，其中所述受電器頭支撐所述電流接收部件并被設置于所述電流接收部件和所述絕緣部件之間，具有其垂直橫剖面形狀為一翼形的形狀，而其頂部前面在運行方向上向其橫側方向掠回;利用一升起和放平驅動系統，使所述受電器頭向其后方向轉動，以使其被容納于所述容納拱頂之中。
30.根據權利要求28的用于鐵路車輛的受電器，其中所述受電器頭具有其垂直橫截面為翼形的形狀，而其頂部前面在運行方向上向其橫側方向掠回;利用一升起和放平驅動系統，使所述受電器頭向其前方向轉動，以使其被容納于所述容納拱頂之中。
31.包括多個鐵路車輛的火車，具有四個受電器，每一受電器包括一個其上安裝有一電流接收部件的受電器頭;一個驅動系統，用以驅動所述受電器頭使得所述電流接收部件與一供電體相接觸以便接收電流;一個設置于所述受電器頭和車輛主體之間的導電系統;其中所述受電器頭的垂直橫剖面的形狀為翼形;安裝在所述火車長度的中心和所述火車一端之間的兩個所述受電器被如此安裝，使得每一所述受電器頭的頂部前端朝向所述中心，而安裝在所述火車長度的中心和所述火車另一端之間的另外兩個所述受電器被如此安裝，使得每一所述受電器頭的所述頂部前端朝向所述中心。
32.一種用于具有一受電器的鐵路車輛的受電方法，包括一其上安裝有電流接收部件的受電器頭;一驅動系統，用以驅動所述受電器頭，使得所述電流接收部件與一供電體相接觸以便接收電流;一設置于所述受電器頭和車輛主體之間的導電系統，其中，所述受電器頭通過一絕緣部件與所述驅動系統相連接;所述驅動系統利用所述驅動系統來驅動，以保持所述電流接收部件和所述供電體之間的接觸關系以便接收電流。
33.根據權利要求32的用于鐵路車輛的受電器方法，其中所述絕緣部件在所述導電系統用一真空斷路器打開的條件下利用一提升和放平驅動系統被升起;然后所述真空斷路器被閉合。
34.根據權利要求32的用于鐵路車輛的受電方法，其中在利用所述驅動系統將所述電流接收部件與所述供電體斷開之前，用一真空斷路器打開所述導電系統。
35.根據權利要求32的用于鐵路車輛的受電方法，其中根據車輛的運行方向控制所述受電器頭的傾斜角。
36.根據權利要求32的用于鐵路車輛的受電方法，其中利用安裝在所述電流接收部件和所述驅動系統之間的檢測裝置，來檢測包括作用于所述電流接收部件上的干擾在內的波動力;利用估算裝置計算通過來自所述檢測裝置的信號估算一種狀態的接觸力估算信號;利用控制裝置計算通過從一接觸力目標值信號中減去一干擾抑制力估算信號和由所述估算裝置輸出的所述接觸力估算信號而獲得的力差信號，并控制所述驅動系統的推力。
37.根據權利要求32的用于鐵路車輛的受電方法，其中所述受電器頭的垂直橫剖面的形狀為翼形，以這樣的方式通過與所述用供電體相接觸而接收電流，即使所述翼的頂部前面朝向車輛運行方向。
38.根據權利要求32的用于鐵路車輛的受電方法，其中所述導電系統在所述受電器頭與所述供電體相接觸的狀態下被打開，然后，利用一驅動系統拉下所述絕緣部件;打開蓋住一容納拱頂的開口的活動;放平所述絕緣部件，通過所述容納拱頂的開口將所述受電器頭納入所述容納拱頂之中;關閉所述活門。
39.一種用于具有四個受電器的由多個鐵路車輛組成的火車的受電方法，其中每一受電器包括一個其上安裝有電流接收部件的受電器頭，一驅動系統，用以驅動所述受電器使得所述電流接收部件與一供電體相接觸以接收電流;一設置于所述受電器頭和車體之間的導電系統;其中所述受電器頭的垂直橫剖面的形狀為翼形，每一受電器頭被以這樣的方式設置，使得在接收電流期間翼的頂前部朝向火車中心;在運行期間，使設置在所述火車運行方向的后側的兩個所述受電器與所述供電體相接觸，而設置在所述火車前部的另外兩個所述受電器則與所述供電體相脫開。
40.根據權利要求39的用于鐵路車輛的受電方法，其中所述受電器頭支撐所述電流接收部件并被設置在所述電流接收部件和所述絕緣部件之間，具有其頂部前面的形狀在其運行方向上向其橫側方向掠回的形狀。
41.一種用于鐵路車輛的受電方法，該車輛包括一電流接收部件、一用于驅動所述電流接收部件的驅動系統，一用以將所述電流接收部件所接收的電能傳導至一負載側的導電部件;受電器進一步包括一具有平滑流線型外表面的容納拱頂，用以容納所述驅動系統、所述絕緣部件和所述導電部件;所述絕緣部件和所述導電部件在受電期間利用所述驅動系統從所述容納拱頂上伸出，使得所述導電部件與供電體相接觸以使接收電流;所述絕緣部件和所述導電部件在非受電期間利用所述驅動系統而被容納于所述容納拱頂之中。
全文摘要
提供了一種適用于高速鐵路車輛的低噪聲受電器20，包括電流接收部件21、驅動其的驅動缸32和支撐絕緣體30、電纜頭50，后者用于以支撐用與驅動系統相并置的絕緣器所覆蓋的導體53，將電流傳送至負載側，整個受電器20可升可降，在不用時被收入容納拱頂之中。還提供了用于這種鐵路車輛的受電的方法。
文檔編號B60L5/32GK1090538SQ93121488
公開日1994年8月10日 申請日期1993年12月28日 優先權日1992年12月28日
發明者牧野俊昭, 寺田勝之, 瀨畑美智夫, 服部守成, 高井英夫, 安井敏, 大島正文, 飯田明由, 高野靖, 加藤千幸, 小林健治 申請人:株式會社日立制作所