JPH06205503A

JPH06205503A - 集電装置

Info

Publication number: JPH06205503A
Application number: JP4347955A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Iida; 明由飯田; Yasushi Takano; 靖高野; Chiyuki Kato; 千幸加藤; Kenji Kobayashi; 健治小林; Katsuyuki Terada; 勝之寺田; Morishige Hattori; 守成服部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-07-22
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JP3150465B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高速鉄道車両の集電装置によって発生する空力
騒音を低減する手法を提供し、高速走行時の騒音の小さ
な鉄道車両を実現する。【構成】架線側の形状が、進行方向前方の先端面が中心
付近において、凸状となるように、先端面が、長手方向
について後退した形状の舟体３、舟体３の稜線上に架線
からの集電を行うための集電すり板２と、舟体３を支持
する流線形の支持柱５とその下部に鉄道車両との電気的
な絶縁を図るための断面の大きな一本の碍子７と舟体と
支持柱の連結部が滑らかに結ばれた集電装置。【効果】高速車両の主たる騒音源の一つである集電装置
による空力騒音を発生原因である二次元的渦を持った流
れの構造を、舟体及び支持柱の形状を縦渦を発生させや
すい形状にすることにより、３次元化し、空力騒音の発
生を抑え、高速走行時における騒音を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両の集電装置に
係わり、特に高速鉄道車両の走行時における騒音低減に
好適な集電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道車両に設けられているパンタ
グラフ型集電装置は、特開昭59-16930号公報の「低騒音
型パンタグラフ」に記載のように、車体屋根上に取り付
けられており、走行時に空力的な騒音を発生させる原因
となっていた。特開昭64-19902公報の「高速鉄道車両用
風防付きパンタグラフ」に記載のように集電装置の周囲
にカバーを設けることにより騒音を低減させている。ま
た、日経メカニカル1992年５月４日号22頁から40頁「速
くなる新幹線」に記載のように集電装置を翼形状などの
流線形にし、騒音の低減を試みている。

【０００３】また、従来技術として特開平3-270601号公
報の「低騒音型パンタグラフ」に記載のように、集電装置
のすり板、舟体を流れに対して鋭角に配置することによ
り、カルマン渦の発生を抑制することにより空力騒音を
低減する試みがなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高速鉄道車両の高速化
に伴う空力騒音は速度の８乗程度に比例して増加するた
め、車両速度の増加に伴い急激に増加する。一方、環境
の保全に対する関心は今後ますます高まるものと考えら
れ、騒音に対する対策は従来技術では十分なものとはい
えない。例えば、特開平3-270601号公報「低騒音型パン
タグラフ」に記載の集電装置は、舟体とすり板を流れに
対して鋭角的に配置することによりカルマン渦を抑制
し、空力騒音を低減する効果が得られるが、カルマン渦
を完全に消すことはできないため、騒音低減効果に限り
がある。

【０００５】本発明の目的は後退角を持った舟体により
縦渦を発生させ、従来の集電装置において主たる空力騒
音源となっていたカルマン渦に代表される二次元的な構
造の流れを変化させることにより、空力騒音の発生を抑
制し、騒音を低減した鉄道車両用集電装置を提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めの第一の手段として、すり板を保持する面の形状が、
車両の進行方向に対して前方の先端面が長手方向に後退
した形状の舟体と、舟体の稜線上に架線からの集電を行
うための集電すり板と、舟体を支持する流線形の支持柱
とその下部に鉄道車両との電気的な絶縁を図るための断
面の大きな一本の碍子と舟体と支持柱の連結部を滑らか
に結ぶための整流部とから構成される。

【０００７】第２の技術的手段として、架線と接触する
集電すり板と該集電すり板を支持する舟体と該舟体を支
持する支持柱とその下部に鉄道車両との電気的な絶縁を
図るための碍子と舟体、支持柱の周囲に車両の進行方向
に長い縦渦発生用の突起あるいは内部に旋回発生用のガ
イドまたはファンを備えた渦発生ダクトから構成され
る。

【０００８】

【作用】本発明によれば、集電装置の空力騒音の原因と
なる二次元構造的な渦の構造を、舟体の形状を縦渦の発
生し易い形状にすることにより制御し、変化させること
ができるため、空力騒音の発生を抑制し、騒音の小さな
集電装置を実現できる。本発明による手法は従来の部材
を流線形にすることによる集電装置の低騒音化では防ぐ
ことが難しかった二次元的な流れによって発生する空力
騒音を防ぐことができる。

【０００９】また、本発明の第二の手段では、縦渦を発
生させるための突起物やダクトにより、集電装置周囲の
流れを空力騒音が発生しにくい流れにすることができ、
空力騒音を低減することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図２９を用
いて説明する。図１に本発明の実施例の斜視図を示す。
集電装置は架線１から電気を取り出すための集電すり板
２、集電すり板２を取り付けるための進行方向前方の先
端部分が長手方向に後退した舟体３と舟体３を支持する
ための流線形の支持柱４、車体５と集電装置との電気的
な絶縁をするための碍子６から構成される。図２は従来
の非流線形集電装置、図３は従来の流線形集電装置であ
る。

【００１１】図２、図３に示した集電装置を構成するす
り板２０２、２０３、舟体３０２、３０３等は円柱や角
柱等の二次元的な部材で構成されているため、カルマン
渦に代表される二次元的な渦を発生させ易く、大きな空
力騒音を発生させると共に、空気抵抗が大きく高速走行
を行う上での問題点となっていた。この問題を解決する
ために考案された流線形集電装置は集電装置に比較して
カルマン渦の発生が抑えられるため、騒音が小さくな
る。しかし、この場合でも集電装置は進行方向に直角な
方向の部材の長さが長いため、流れが二次元的になりや
すい。このため、舟体３が流線形化されても、空力騒音
の発生量は大きかった。図４は模型を用いた風洞実験に
よる従来技術を用いた集電装置の実車騒音推定結果であ
る。

【００１２】流線形集電装置(実丸)は非流線形集電装置
(実四角)に比べ騒音が小さいが低騒音高速走行を行うに
はより騒音の小さな集電装置が望まれている。

【００１３】本発明による集電装置の舟体３は進行方向
前方の先端部分が長手方向に後退しているため、その周
囲に縦渦を発生させる。この縦渦は従来の集電装置に見
られたカルマン渦に代表される二次元的な構造の渦の発
生を抑制する。図５、６は舟体周囲の流れを模式的に示
し、本発明による舟体３０５と一般的な流線形集電装置
に用いられる翼形状舟体３０６周囲の流れを模式的に示
したものである。本発明による集電装置では騒音を発生
させやすい位相の揃った渦が縦渦により抑制され騒音の
発生が抑制される。図７、８は表面の圧力分布を模式的
に示したものである。従来の二次元的な翼３０８の場
合、後流が二次元的であることから、表面の圧力も翼の
長手方向に一様で二次元的である。一方、本発明の後退
した先端面を持った舟体３０８では圧力は舟体３の横方
向に対して、一様に分布せず、騒音を発生させにくい。

【００１４】舟体３と支持柱４との連結部周囲の流れに
よって発生する空力騒音を低減するため、図９に示すよ
うに連結部を曲線で結ぶ。または、図１０に示すように
連結部を多角形で結び、連結部が鋭角を持たないように
する。舟体３と支持柱４の連結部が鋭角または直角にな
ると、その部分に二次流れが生じ空力騒音が発生する。
壁面近傍の流れの急激な変化は騒音を発生させやすいた
め、本発明の連結部を用いると騒音が低減する。特に、
滑らかな曲面と舟体３の接触する部分の長さが舟体３の
長手方向長さの三分の一程度であり、支持柱４に接する
部分の長さが場合が舟体３の下面から舟体３の長手方向
長さの六分の一程度の場合に騒音低減効果が大きい。

【００１５】図１１は上記発明に基づく集電装置の模型
を用いて風洞実験を行い、図２に示した従来の集電装置
との騒音の比較結果である。本発明による集電装置(丸)
は従来技術による集電装置に比べ約20dB、流線形集電装
置に比べても5dB以上の騒音低減効果が得られる。

【００１６】図１２に本発明の他の実施例を示す。架線
からの集電を行うためのすり板２は、車両の横揺れや架
線の横方向の位置の変化に対応するためや、局所的な摩
耗を防ぐため、横に長い二次元的な形状をしている。こ
のため、前述の理由から空力騒音を発生させ易い。これ
を防ぐためすり板２を舟体３の稜線上に設置し、すり板
２が舟体３の一部を構成するようにし、騒音の発生を抑
える。

【００１７】図１３のように舟体３が翼断面を持つ場
合、本発明による先端面が後退した舟体３では稜線は舟
体の後退に沿うため、稜線上にあるすり板２は横方向に
一様で位相のそろった渦を発生させにくく、騒音が小さ
くなる。

【００１８】図１４に本発明の他の実施例を示す。舟体
３は中央の支持部３aと左右の可変翼部分３ｂ、３ｃか
ら構成される。可変翼３ｂ、３ｃは車両が進行したとき
の、空気抵抗により車両の進行方向に対して、支持部３
aを軸に、その両端が後退し、前記発明と同様に空力騒
音を低減する効果が得られる。この場合、舟体３は車両
の進行方向に対して、常に後退するようになる利点が得
られる。

【００１９】図１５に本発明の他の実施例を示す。進行
方向検出装置７により車両の進行方向を検出し、この出
力信号に基づき、駆動装置８により、可変翼３ｂ、３ｃ
を車両の進行方向に対して後退させ、高速走行時の空力
騒音を低減する。

【００２０】図１６はすり板２の長さが舟体３の進行方
向の変化に応じて、すり板２の横方向の有効長さが低速
時と高速時で変化する本発明の他の実施例である。低速
走行時には架線の切り替えなどに対応するため、すり板
の有効長さが長く、高速走行時には、騒音低減に有利な
形状となる。図１７に本発明の他の実施例を示す。前後
非対称の集電装置を上下線で利用するため、集電装置を
回転させるための、ターンテーブル７を碍子６と車体５
の間に設置する。これにより、前後非対称な形状の集電
装置を車両の進行方向にあわせて利用できる。

【００２１】図１８から図１９に本発明の他の実施例を
示す。舟体３を円形または前記記載の後退した前面をも
った舟体を前後に２つ組み合わせた菱形状の進行方向を
中心として中心付近から先端面が長手方向に行くにした
がって後退し、かつ前後方向に対称な形状で構成するこ
とにより、前後対称で縦渦が発生する騒音の小さな形状
が実現できる。

【００２２】図２０に本発明の他の実施例を示す。舟体
３の左右両端を翼端渦の発生が小さく、かつ渡り線の誘
導が行えるように架線と接触する上面側を凸状の曲面で
構成する。

【００２３】図２１に本発明の他の実施例を示す。舟体
３の左右両端が、下方に折れ曲がる機構を有し、低速走
行時には架線の渡り線をスムーズに引き込むことができ
る。高速走行時には、空力騒音の騒音の発生しにくいよ
うに、駆動装置８を用いて舟体３に対して略水平となる
ように両端を動かし、騒音の小さな集電装置を実現す
る。

【００２４】図２２に本発明の他の実施例を示す。舟体
３の縦断面の最大厚さ(h_max)位置が、舟体３の先端部か
ら、舟体３の翼弦長(c)の３０％より後方にあり、かつ
舟体３の後縁近傍の上面形状が下に凹な曲面形状をした
前記記載の集電装置。舟体３の形状が上記の形状の場
合、最大圧力点から後縁への圧力降下が緩やかになり、
空力騒音が減少することを風洞実験により確認した。し
たがて、本発明による舟体３の断面形状は集電装置の騒
音低減に有効である。また、この場合、舟体３の基本形
状は上下対称の場合が効果が高かった。

【００２５】図２３に本発明の他の実施例を示す。舟体
３の支持柱４を空力騒音の発生しにくい、円錐または楕
円錐４ａにすることにより、支持柱周りの流れを高さ方
向に変化させ、流れを三次元化し騒音の発生を抑制す
る。

【００２６】図２４は本発明の他の実施例の一つであ
る。架線１から電気を取り出すための集電すり板２、集
電すり板２を取り付けるための進行方向前方の先端部分
が長手方向に後退した舟体３と舟体３を指示するための
流線形の支持柱４、支持柱を保持する支持台１０と車体
５と集電装置との電気的な絶縁をするための碍子６ａ及
び碍子６ａと支持台１０周囲に高速気流が当たるのを防
ぐための風防１１から構成される。これにより従来技術
による碍子６ａと支持台１０を利用して騒音の小さな集
電装置を実現できる。

【００２７】図２５に本発明の他の実施例を示す。すり
板２が二次元的な形状をし、大きな空力騒音を発生させ
る場合、舟体３のすり板２より前方の前縁付近、すり板
２の幅のより狭い位置に車両の進行方向に長い突起物１
２を少なくとも一個以上配置し、この突起物により、縦
渦を発生させ、すり板２によって発生するカルマン渦的
な空力騒音を抑制する。特に突起物１２をすり板２の幅
の中に３個以上配置すると騒音低減効果が大きい。

【００２８】図２６に本発明の騒音低減効果を風洞実験
により調べた結果を示す。本発明による縦渦発生用の突
起物１２は騒音の低減に有効である。

【００２９】図２７に本発明の他の実施例を示す。舟体
３の前縁近傍に内部に旋回流を作るためのガイド１３ま
たはファン１４を有する排気ダクト１５を少なくとも一
個以上設置し、舟体３上に縦渦を発生させ、すり板２な
どから発生する空力騒音を抑制する効果が得られる。

【００３０】図２８に本発明の他の実施例を示す。舟体
３及び支持柱４の表面上に複数の圧力センサ１６を設置
し、周波数分析装置１７により関連度関数を求める。位
相の揃った圧力変動は大きな空力騒音を発生させ易いた
め、可聴範囲の周波数帯域において、大きな関連度を持
つ周波数の圧力変動は空力騒音の主たる騒音源となりう
る。本実施例では、図２９に示す制御ループを用いて、
圧力変動の関連度を最小になるように前記実施例の舟体
３の先端面の後退角度、縦渦発生用突起物１２の大き
さ、個数、配置または、排気ダクト１５からの排出空気
の旋回強さや流量、速度を制御し、空力騒音の発生をさ
らに低減できる。

【００３１】図３０、３１に本発明のほかの実施例の正
面図と上面図を示す。舟体３ｄ，３ｆは舟体３ｅの両端
で舟体３ｅの長手方向を軸として、舟体３ｅの両端面と
水平な面内で回転することが可能であり、図３１の下の
図に示すように、３ｄ，３ｆが架線のわたり線の引込み
が行えるように、舟体３ｅの上面と滑らかにつながる曲
面を構成するように回転する。この曲面は図３２に示す
ように前記記載の先端面が後退した舟体の曲線の一部も
兼ねた形状である。

【００３２】このような構成にすることにより、低速走
行時は、３ｄ,３ｆを架線の引込みに利用し、高速走行
時には騒音の小さな集電装置として用いる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、高速鉄道車両の集電装
置として、長手方向に後退した形状の舟体を用いること
により、舟体上に縦渦を積極的に発生させ、従来の集電
装置のような位相の揃った二次元的な渦、即ち空力騒音
を発生させやすい渦の発生を押さえることにより、空力
騒音を低減させる効果が得られる。また、舟体の支柱を
流線形にするだけでなく、舟体と支柱の連結部分におい
て二次流れの発生が極力小さくなるように、舟体と支柱
の連結部を舟体によって発生する縦渦と干渉しないよう
に、滑らかにつなぐことにより、舟体と支柱連結部から
発生する空力騒音を減少させる効果が得られる。

【００３４】本発明の他の様態では、集電装置によって
発生する二次元的な流れに起因する空力騒音を、旋回流
れを発生させるダクトにより三次元流れを作ることによ
り低減させる効果が得られる。

【００３５】また、本発明の他の様態では、舟体の一部
が可動式であり、低速時には架線の渡り線の引き込み機
能を有し、高速時には騒音が小さくなるように舟体と水
平になり、空力騒音の小さな形態となる。これにより低
速時の架線の入替えに支障をきたすことなく、高速走行
時において騒音の小さな形態を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の斜視図。

【図２】従来技術による非流線形集電装置の斜視図。

【図３】従来技術による流線形集電装置の正面図。

【図４】風洞実験による騒音測定結果。

【図５】本発明による集電装置周囲の流れの模式図。

【図６】従来の流線形集電装置周囲の流れの模式図。

【図７】本発明による集電装置舟体表面上の横方向圧力
分布。

【図８】従来の流線形集電装置舟体表面上の横方向圧力
分布。

【図９】空力騒音の小さな舟体と支持柱連結部の形状の
一実施例。

【図１０】空力騒音の小さな舟体と支持柱連結部の形状
の一実施例。

【図１１】本発明の集電装置の騒音低減効果を示す風洞
実験結果。

【図１２】すり板の設置方法を示す一実施例。

【図１３】すり板の設置方法を示す一実施例。

【図１４】本発明の他の実施例を示す斜視図。

【図１５】本発明の他の実施例を示す斜視図。

【図１６】本発明による他の実施例の一つ。

【図１７】本発明による他の実施例の斜視図。

【図１８】本発明による他の実施例の斜視図。

【図１９】本発明による他の実施例の斜視図。

【図２０】本発明による他の実施例の斜視図。

【図２１】本発明による他の実施例の正面図。

【図２２】本発明の他の実施例の一つ。

【図２３】本発明による他の実施例の斜視図。

【図２４】本発明による実施例の一つ。

【図２５】本発明による他の実施例の一つ。

【図２６】本発明の他の実施例の効果を示す風洞実験結
果。

【図２７】本発明による他の実施例の一つ。

【図２８】本発明による他の実施例の一つ。

【図２９】騒音低減のための制御手法の一実施例。

【図３０】本発明のほかの実施例の正面図。

【図３１】本発明のほかの実施例の上面図。

【符号の説明】

１…架線、２…すり板、３…舟体、４…支持柱、５…車
体、６…碍子、７…進行方向検出装置、８…駆動装置、
９…ターンテーブル、１０…支持台、１１…風防、１２
…突起物、１３…ガイド、１４…ファン、１５…排気ダ
クト、１６…圧力センサ、１７…周波数分析装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林健治茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者寺田勝之山口県下松市東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者服部守成山口県下松市東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】架線と接触する集電すり板と、該集電すり
板を支持する舟体と、該舟体を支持する支持柱と鉄道車
両と電気的に絶縁するための碍子を前記支柱の下部に設
置した高速鉄道車両の集電装置において、前記舟体のす
り板を支持する面の形状が、車両の進行方向側の先端面
が該舟体の長手方向について後退している舟体を備えた
ことを特徴とした集電装置。
【請求項２】請求項１に記載の集電装置において、架線
と接触する集電すり板が前記記載の舟体の稜線上に設置
されたことを特徴とする集電装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の集電装置におい
て、該舟体の先端面が車両の進行方向にあわせて、該舟
体が受ける空気抵抗もしくは油圧等の駆動機構により、
該舟体長手方向に後退させる可動機構を備えたことを特
徴とする集電装置。
【請求項４】請求項１または２に記載の集電装置におい
て、該舟体の左右の両端が上下方向又は回転によって可
動であり、高速走行時には、左右の可動部を該舟体中央
部と略水平に支持し、低速走行時には該舟体中央部より
先端が下方になるように折り曲げることを特徴とした集
電装置。
【請求項５】請求項１または２に記載の集電装置におい
て、該碍子下部と車両上面の間に該集電装置を車体上面
に略水平な面上で回転させるためのターンテーブルを備
えたことを特徴とする集電装置。
【請求項６】請求項１または２に記載の集電装置におい
て、該舟体及び該支持柱の断面形状が翼型であることを
特徴とした集電装置。
【請求項７】請求項６に記載の集電装置において、翼型
断面の最大厚さの位置が翼型の先端から翼弦長さの３０
％より後方にある舟体及び支持柱を備えたことを特徴と
した集電装置。
【請求項８】請求項１または２に記載の集電装置におい
て、該舟体と該支持柱の連結部分を、曲面によって構成
したことを特徴とした集電装置。
【請求項９】請求項１または２に記載の集電装置におい
て、該舟体の両端部分が架線の引込みが行えるような滑
らかな曲面で構成されており、かつ該曲面部分が舟体の
長手方向を軸に回転することにより、前記請求項に記載
の長手方向に後退する先端面の形状を実現することを特
徴とした集電装置。
【請求項１０】架線と接触する集電すり板と、該集電す
り板を支持する舟体と、該舟体を支持する支持柱と鉄道
車両と電気的に絶縁するための碍子を前記支柱の下部に
設置した高速鉄道車両の集電装置において、前記舟体及
び支持柱上から、少なくとも一つ以上の縦渦を発生させ
る縦渦発生装置を備えたことを特徴とした集電装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の集電装置において、
該舟体及び該支持柱に縦渦発生装置として、吸排気ダク
トを有し、該吸排気ダクト内部に気流を旋回させるため
のガイド又はファン等の強制的な旋回流発生装置を内蔵
し、該舟体及び該支持柱周囲に縦渦対を発生させること
を特徴とした集電装置。
【請求項１２】請求項１０に記載の集電装置において、
該舟体及び該支持柱の表面圧力変動の異なる二点の関連
度関数が最大となる周波数帯域の関連度が減少するよう
に、縦渦対の発生を制御することを特徴とする集電装
置。