集電装置とは
集電装置とは、電車などの搬送装置が走行しながら電線から電気を供給するための装置です。
工場内のクレーンやホイストなどの給電装置として利用されます。搬送装置の軌道の天井や側面にトロリー線を配置し、トロリー上を集電装置のホイールやシューで接続して集電します。
集電装置は電車でよく利用されているパンタグラフや、クレーンやホイスト用のポールコレクター、トロリーポールなど、タイプは様々です。
集電装置の使用用途
集電装置は、主に自走する産業・商用装置で使用されます。具体的な使用用途は、以下の通りです。
- 工場の天井クレーンやホイストクレーン
- 新幹線やリニアモーターカー
- 路面電車や地下鉄電車
- 工場の自走式搬送ロボット
主に、重量のある機械や装置を一定の軌道で移動させるために使用する場合が多いです。集電装置を利用するには電線を張る必要があるので、あらかじめ決められた軌道でしか使用できません。
集電装置の原理
集電装置は、集電子部分、腕金部分、絶縁碍子などの部品で構成されています。
1. 集電子部分
集電子部分は、実際に裸電線と接触する部分です。通電箇所に接触し、電気を流します。そのため、電気を通しやすい銅やスズ、カーボンなどの合金が使用されます。接触により摩耗するため、定期的な交換が必要です。
2. 腕金部分
腕金部分は、集電子を裸電線に押し付けつつ支える部品です。ばねなどを使用して集電子を電線に押し付けます。走行時の衝撃に対応するために多少の遊びを持っているのが特徴です。
3. 絶縁碍子
集電子と腕金部分には電線からの電圧が掛かっていますが、 絶縁碍子は走行装置にこの電圧が印可されることを防ぐ部品です。走行装置に電圧が印可された場合、機器の故障や感電事故を招くため大変危険です。絶縁碍子によって絶縁することでこのような事故を未然に防ぎます。
集電装置の種類
集電装置には様々な種類がありますが、パンタグラフ、ポールコレクター、トロリーポールの3つが代表例です。
1. パンタグラフ
パンタグラフは各種の鉄道車両に適用されていて、種類が最も多い集電装置です。大きく分けて、ホイールタイプとシュータイプがあります。
ホイールタイプはホイールが架線に接触して集電し、耐アーク性が高いです。一方で、シュータイプは板状のシューを接触させていて、安定した供給ができます。
2. ポールコレクター
裸トロリー線上をポールコレクターのホイールが接触して、集電します。
3. トロリーポール
昔はよくトロリーバスや鉄道に利用されていた集電装置です。鉄などの金属のパイプでできていて、先端部分のトロリーホイールと架線と接触させて通電します。構造が単純ですが離線しやすいため、現在では減少傾向です。工場のクレーンなどに適用されます。
集電装置のその他情報
1. 集電装置を用いる理由
電車は電気エネルギーを利用してモーターを回転させて走行します。乗り物は世の中に多くありますが、電車は唯一、エネルギーを自車に搭載していない乗り物であることは意外と知られていません。
その理由は、電車の走行性能と距離にあります。大重量の乗り物を電気で長時間・長距離動かそうとすると、バッテリーではエネルギー容量が足りないです。発電機では過大な上、発電用のエネルギーを別途用意する必要があります。そのため、長距離を動かす場合は途中で補給しなければなりません。
上記の制約から、電気を流した架線から電気を取り込むことが最も効率的だと判断されました。その発想から、架線より電気を取り込む装置として集電装置が考案されたわけです。
2. 集電装置の変遷
集電装置は電車の実用化から使用されてきました。1895年に開設した日本初の営業用電車にも集電装置は搭載されています。その時の集電装置は、ポール1本のトロリーポールですが、電線が2本架線式になるとともにポール2本のトロリーポールへ代替されます。
しかし、トロリーポールは分岐点では脱線を防ぐため車掌の手動操作が必要です。進行方向変更の際もポールを上げ下げしなければなりません。そのため、技術の進歩に従って次第に廃れます。時代が進むとビューゲルやパンタグラフが登場し、架線や操作面でのさまざまな問題が解決・改善されました。現在は、パンタグラフが広く用いられ、日本ではほとんどがパンタグラフです。
パンタグラフも登場時は外国製のみでしたが、国内メーカーによる試行錯誤の末に国産パンタグラフが主流となりました。現在も改良を重ねて、機能や性能をより向上すべく切磋琢磨しています。
参考文献
https://www.shinkoh-electric.co.jp/pdf/pdf_file/syudensouchi.pdf
http://www.crane-club.com/study/crane/transmission.html
http://www.tawatawa.com/denshanani/page012.html
https://kyotolove.kyoto/I0000145