JPH08140210A - 低揚力変動型パンタグラフ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】断面形状を翼型とした集電舟に揚力変動が生じ
ることを防止して、すり板とトロリ線とが良好な接触状
態を保つようにすること。 【構成】トロリ線20に押圧力を与えながら接触するすり
板40と、該すり板40を保持する集電舟50とを含んでパン
タグラフ30を構成するが、該集電舟50を、断面形状が翼
型で板厚がＴの翼型板52を、固定シャフト54により隙間
56を有して積層することにより構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低揚力変動型パンタグ
ラフに係り、特に高速走行時に発生する空力音も低く、
さらに揚力変動も低いパンタグラフに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】車両屋根上には、地上の架線設備より車
両に給電するために、図６に示すような鉄道車両用パン
タグラフが取付けられている（特開昭５９−１６９３０
２号公報等参照）。即ち、ホーン６や台枠７を除き、均
一断面の各種柱状部材により、集電舟１及び集電舟１の
下部に取付けられた枠組管が構成されている。集電舟１
は各々一対のすり板８及び舟形９からなり、また枠組管
は天井管２、上枠管３、斜め管４及び下枠管５からな
る。また、天井管２、斜め管４は横方向の剛性を強化
し、パンタグラフの横方向への変位を防止している。

【０００３】ところで、現在、列車の高速化が盛んに行
われつつある。そして、高速化に伴って列車周りから生
じる空力音が急激に大きくなり、周辺環境へ与える影響
が深刻になりつつある。ここで、列車が高速で走行する
場合、パンタグラフが風を切り、空力音を発生する。特
に車両屋根面より離れている集電舟１、天井管２、上枠
管３、斜め管４では風速が高く、発生騒音も大きい。ま
た、これら部材は均一断面の長尺の棒であるので、高速
走行時に各部材後流にその断面形状、大きさ及び速度に
よって決まる周波数でカルマン渦が生じる。その結果、
前記周波数の空力的発生音が大きく、列車が通過する際
の騒音レベルが高くなる惧れがあった。

【０００４】また、最近車両の高速に伴い、車両の高さ
を抑えることも行われるようになってきたが、トロリ線
からの集電を行うためには、パンタグラフが車両天井か
らますます突出する構成となる。そこで、現在ではパン
タグラフから発生する空力音を抑えるために、パンタグ
ラフカバーを設け、風を偏流させることによりパンタグ
ラフに直接当たる空気を弱め、騒音を低減させたり、非
定常な揚力の発生を防止し給電不良を回避するという対
策を採っている。しかしながら、このような対策は、列
車の空力抵抗を大幅に増大させ、かつ低周波の騒音を新
たに発生させることになる。また、外観上も大きなパン
タグラフカバーは美観の向上を図れず、根本的な対策が
望まれている。

【０００５】なお、本出願人は、パンタグラフを構成す
る集電舟、また枠組管等の構成部材の形状を、流体中に
おいて最も抵抗力が小さく、また渦をつくり難い形状と
するために、翼型形状とし、低空力音化を図る技術を先
に報告している（鉄道総研報告1990年11月，VOL ４，N
o.11 ）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、集電舟を翼型
とすることにより、車両が高速走行を行い、当該集電舟
が高速で空気中を移動する際にも、該集電舟の周囲に
は、空力音源である渦が発生しなくなるため、当該集電
舟からの空力音が低減することとなる。しかしながら、
翼型が一様流中に曝される際には、前述の如く空力音の
低減に効果を奏するが、乱れた流れに曝されることによ
り流入角が変化した場合には、翼型の性質上、当該翼型
の上面と下面との間に圧力差が生じて、著しい揚力変動
が生じる。

【０００７】一方、トロリ線20は図７に示すように架設
されている。即ち、略50ｍ間隔で軌道に固定された柱21
に吊架線22が架設され、当該吊架線22に所定の間隔で吊
られた第１ハンガ23により補助吊架線24が架設され、当
該補助吊架線24に略５ｍ間隔で吊られた第２ハンガ25に
よりトロリ線20が架設されている。ここで、車両が高速
で走行することによりパンタグラフに非定常な揚力が作
用し著しい揚力変動が生じるると、すり板８とトロリ線
との接触状態が不安定となり、給電がうまくできなくな
ったり、必要以上の押圧力ですり板８とトロリ線とが接
触し、耐久性が低下する惧れもある。

【０００８】本発明は、以上のような実情に鑑みなされ
たもので、トロリ線に押圧力を与えながら接触するすり
板と、該すり板を保持する集電舟と、を含むパンタグラ
フにおいて、前記集電舟の車両前後方向の断面形状を翼
型とすることにより、空力音低減を図ったパンタグラフ
において、パンタグラフに揚力変動が生じることを防止
して、すり板とトロリ線とが良好な接触状態を保つこと
が可能となるような低揚力変動型パンタグラフを提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明は、トロリ線に押圧力を与えながら接触するす
り板と、該すり板を保持する集電舟と、を含むパンタグ
ラフにおいて、前記集電舟の車両前後方向の断面形状を
翼型とすると共に、前記集電舟に該集電舟上面と集電舟
下面とを連通する複数の連通手段を設ける構成とした。

【００１０】また、請求項２に記載の発明として、前記
集電舟を各々車両前後方向の断面形状が翼型をなす翼型
板を所定の隙間を有して積層することにより構成し、前
記連通手段を当該隙間により構成してもよい。また、請
求項３に記載の発明として、前記隙間を前記翼型板の板
厚の４分の１としてもよい。

【００１１】また、請求項４に記載の発明として、前記
集電舟を中実あるいは中空部材により形成し、該集電舟
の内部に該集電舟上面と集電舟下面とを連通する複数の
連通路を設ける構成としてもよい。

【００１２】

【作用】集電舟を翼型としたので、高速で車両が走行し
て、当該集電舟が高速で空気中を移動する際にも、該集
電舟の周囲には、空力音源である渦を発生させないた
め、当該集電舟からの空力音が低減する。一方、車両が
前進すると集電舟に対して相対的に発生した空気流は、
集電舟の前面部の外表面から後端部の外表面へと流れ
る。ここで、集電舟は車両に固定されているが、該集電
舟の周囲を流れる空気流は環境により変化し、もって該
集電舟の空気流に対する流入角が変化する。

【００１３】さらに集電舟が翼型であるので、集電舟へ
の空気の流入角が変化すると、該集電舟に対する揚力が
変動する。請求項１に記載の発明にあっては、車両前後
方向の断面形状を翼型とした集電舟の上面と該集電舟下
面とを複数の連通手段により連通する構成としたので、
該集電舟の空気流に対する流入角が変化し、集電舟上面
と該集電舟下面との間に圧力差が発生しても、複数の連
通手段を介して集電舟上面と該集電舟下面との間に流れ
が生じて、該圧力差を減少させることとなる。もって、
集電舟の空気流に対する流入角が変化しても、集電舟上
面と該集電舟下面との間に発生する圧力差が大きくなる
ことが防止され、該集電舟に対して著しい揚力変動が生
じることが防止される。

【００１４】また、請求項２に記載の発明にあっては、
前記集電舟を各々車両前後方向の断面形状が翼型をなす
翼型板を所定の隙間を有して積層することにより構成し
たので、該集電舟の空気流に対する流入角が変化し、集
電舟上面と該集電舟下面との間に圧力差が発生しても、
該隙間を介して集電舟上面と該集電舟下面との間に流れ
が生じて、該圧力差を減少させることとなる。もって、
集電舟の空気流に対する流入角が変化しても、集電舟上
面と該集電舟下面との間に発生する圧力差が大きくなる
ことが防止され、該集電舟に対して著しい揚力変動が生
じることが防止される。

【００１５】ここで、前記集電舟を各々車両前後方向の
断面形状が翼型をなす翼型板を所定の隙間を有して積層
することにより構成すると、空力騒音が該集電舟をリジ
ッドとした場合よりも増加する惧れがあるが、前記隙間
を最適な空隙率とすることにより、隙間内での境界層の
発達により速度を遅められ、結果として発生騒音を最小
限に保ち、さらに揚力変動を抑制することが可能とな
る。従って、請求項３に記載の発明の作用として、前記
隙間を前記翼型板の板厚の略４分の１とすることによ
り、前記隙間が最適な空隙率となり、隙間を有する翼型
であることによる空力音の増加を効率的に低減すること
が可能となると共に、集電舟の空気流に対する流入角が
変化した場合の、集電舟上面と該集電舟下面との間に発
生する圧力差の緩和を効率的に行わせることが可能とな
り、前記揚力変動をも緩和することが可能となる。

【００１６】また、請求項４に記載の発明にあっては、
前記集電舟の内部に該集電舟上面と集電舟下面とを連通
する複数の連通路を設ける構成としたので、該集電舟の
空気流に対する流入角が変化し、集電舟上面と該集電舟
下面との間に圧力差が発生しても、該連通路を介して集
電舟上面と該集電舟下面との間に流れが生じて、該圧力
差を減少させることとなる。また、集電舟を中実あるい
は中空部材により形成したので、集電舟の強度を確保す
ることができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。尚、トロリ線20の架設に関しては、図７を参照す
る。図１は本発明の第１実施例に係る低揚力変動型パン
タグラフ30を示す図であり、低揚力変動型パンタグラフ
30は、トロリ線20に押圧力を与えながら接触するすり板
40と、該すり板40を保持する集電舟50と、前記集電舟50
を車両天井に保持する支持部材（図示せず）とを含んで
構成される。

【００１８】ここで、集電舟50は、断面形状が翼型で板
厚がＴの翼型板52を、固定シャフト54により隙間56（当
該隙間56の間隔ｔ）を有して積層することにより構成し
ている（図２参照）。そして、本第１実施例では、板厚
Ｔは２ｍｍ、隙間56の間隔ｔは0.5 ｍｍであり、間隔ｔ
は板厚Ｔの４分の１となっている。

【００１９】次に本第１実施例に係る作用を説明する。
本第１実施例においては、翼型板52を積層することによ
り集電舟50を構成しており、該集電舟50はマクロ的に翼
型となっている。ここで、該集電舟50を翼型としたの
で、高速で車両が走行して、当該集電舟50が高速で空気
中を移動する際にも、該集電舟50の周囲には、空力音源
である渦を発生させないため、当該は集電舟50からの空
力音が低減する。さらに本第１実施例では、集電舟50は
車両の前後方向に対して線対称な翼形となっているの
で、車両の進行方向が変わった場合にも、集電舟50から
の空力音が増えることは無い。

【００２０】また、車両が前進すると集電舟に対して相
対的に発生した空気流は、集電舟50の前面部の外表面か
ら後端部の外表面へと流れる。ここで、集電舟50の後面
部の外表面上に沿う空気の境界層は剥離し易い。そし
て、集電舟50の後面部の外表面上の空気の境界層が剥離
すると、無数のカルマン渦が発生する。その結果、集電
舟50の後方に生じた圧力の低い薄い空気が集電舟50を後
方に引き寄せる圧力抵抗となる。ところが、本第１実施
例においては、集電舟50を翼形としたので前記圧力抵抗
を大幅に低減することが可能となり、もって流体抵抗を
低減することが可能となる。

【００２１】一方、車両はトンネルの内外を走行した
り、外部環境の異なる空間を走行するため、集電舟50の
周囲を流れる空気流が変化し、もって該集電舟50の空気
流に対する流入角αが変化する。ここで、従来の翼型形
状の集電舟にあっては、該翼型周囲の空気流に対する流
入角αが変化すると、図３に示すように、揚力Ｌが大き
く変化する。

【００２２】本第１実施例に係る集電舟50にあっては、
前記集電舟50を翼型板52を積層することにより構成し、
各々の翼型板52は隙間56を有して他の翼型板52と接して
いるので、該集電舟50の空気流に対する流入角αが変化
し、集電舟上面57と該集電舟下面58との間に圧力差が発
生しても、該隙間56を介して集電舟上面57と該集電舟下
面58との間に流れが生じて、該圧力差を減少させること
となる。

【００２３】例えば、流入角αが、空気流の流線に対し
て、集電舟50の先端が集電舟50の後端に較べて上方に向
くような角度に変化すると、集電舟下面58に発生する圧
力は集電舟上面57に発生する圧力より高くなり、当該集
電舟50を上方に押し上げる揚力が発生するが、本第１実
施例の構成によれば、この場合には該隙間56を介して集
電舟下面58から集電舟上面57に向かう流れが生じて、該
圧力差を減少させ、前記揚力を低減させる作用を及ぼ
す。

【００２４】もって、集電舟50の空気流に対する流入角
αが変化しても、集電舟上面57と該集電舟下面58との間
に発生する圧力差が大きくなることが防止され、該集電
舟50に対して著しい揚力変動が生じることが防止される
（図３参照）。さらに、本第１実施例においては、翼型
板52を積層することにより集電舟50を構成しており、該
集電舟50はマクロ的に翼型となっているが、隙間56の間
隔ｔが広い場合には、当該隙間56が新たな騒音発生源と
なる惧れがある。

【００２５】さらに、本第１実施例においては、翼型板
52を積層することにより集電舟50を構成しており、該集
電舟50はマクロ的に翼型となっているが、該集電舟50は
隙間56を有しており、該隙間56が新たな騒音発生源とな
る惧れがある。しかしながら、隙間56を所定の空隙率と
することにより隙間56内での境界層の発達により速度が
遅められ、隙間56を有する翼型であることによる空力音
の増加を効率的に低減することが可能であることが、実
験的に判っている。ここで本第１実施例に係る集電舟50
にあっては、翼型板52の板厚Ｔが２ｍｍで、隙間56の間
隔ｔが0.5 ｍｍであり、間隔ｔは板厚Ｔの４分の１とな
っており、前記隙間56の間隔ｔは板厚Ｔに対して最適な
空隙率となっている。従って、集電舟50が隙間56を有す
る翼型であっても、該隙間56による空力音の増加は効率
的に低減され、さらに集電舟50の空気流に対する流入角
αが変化した場合の、集電舟上面57と該集電舟下面58と
の間に発生する圧力差の緩和を効率的に行わせることが
可能となり、前記揚力変動をも緩和することが可能とな
る。

【００２６】即ち、以上説明したように、本第１実施例
によれば、集電舟50を翼型としたので集電舟50からの空
力音が低減すると共に、パンタグラフ30に揚力変動が生
じることか防止され、すり板40がトロリ線20に対して所
定の押圧力を与えながら接触することが可能となり、す
り板40とトロリ線20とが良好な接触状態を保つことが可
能となる。

【００２７】図４は本発明の第２実施例に係る低揚力変
動型パンタグラフの集電舟75を示すが、集電舟75は断面
形状が翼型で、さらに中実部材により形成され、該集電
舟75の内部に該集電舟上面76と集電舟下面77とを連通す
る複数の連通路78が設けられている。次に本第２実施例
に係る作用を説明する。

【００２８】集電舟75も断面形状が翼型であるので、集
電舟75からの空力音が低減する。また、本第２実施例に
係る集電舟75にあっては、該集電舟75の内部に該集電舟
上面76と集電舟下面77とを連通する複数の連通路78が設
けられているので、該集電舟75の空気流に対する流入角
αが変化し、集電舟上面76と該集電舟下面77との間に圧
力差が発生しても、該連通路78を介して集電舟上面76と
該集電舟下面77との間に流れが生じて、該圧力差を減少
させることとなり、該集電舟75に対して著しい揚力変動
が生じることが防止される。

【００２９】即ち、本第２実施例によれば、集電舟75を
翼型としたので集電舟75からの空力音が低減すると共
に、パンタグラフに揚力変動が生じることか防止され、
すり板がトロリ線に対して所定の押圧力を与えながら接
触することが可能となり、すり板とトロリ線とが良好な
接触状態を保つことが可能となる。また、集電舟75が中
実構造であるので、集電舟75の強度を確保することがで
きるという効果もある。

【００３０】図５は本発明の第３実施例に係る低揚力変
動型パンタグラフの集電舟85を示すが、当第３実施例に
あっては、集電舟85は断面形状が翼型で、さらに中空部
材により形成され、集電舟上面86と集電舟下面87に複数
の小孔88を設ける構成とした。次に本第３実施例に係る
作用を説明する。

【００３１】集電舟85も断面形状が翼型であるので、集
電舟85からの空力音が低減する。また、本第３実施例に
係る集電舟85にあっては、集電舟上面86と集電舟下面87
に複数の小孔88が設けられているので、該集電舟85の空
気流に対する流入角αが変化し、集電舟上面86と該集電
舟下面87との間に圧力差が発生しても、該小孔88を介し
て集電舟上面86と該集電舟下面87との間に流れが生じ
て、該圧力差を減少させることとなり、該集電舟85に対
して著しい揚力変動が生じることが防止される。

【００３２】即ち、本第３実施例においても、前述の第
２実施例と同様な効果が奏される。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によると、パンタグラフの集電舟の車両前後方向の
断面形状を翼型とすると共に、前記集電舟に該集電舟上
面と集電舟下面とを連通する複数の連通手段を設ける構
成としたので、空力音低減が図れると共に、パンタグラ
フに揚力変動が生じることも防止でき、すり板とトロリ
線とが良好な接触状態を保つことが可能となり、給電が
良好に行えたり、耐久性が向上するという効果がある。

【００３４】また、請求項２に記載の発明によると、集
電舟を各々車両前後方向の断面形状が翼型をなす翼型板
を所定の隙間を有して積層することによっても、前述と
同様の効果がある。また、前記集電舟を各々車両前後方
向の断面形状が翼型をなす翼型板を所定の隙間を有して
積層することにより構成すると、空力騒音が該集電舟を
リジッドとした場合よりも増加する惧れがあるが、請求
項３に記載の発明によると、翼型板の隙間を前記翼型板
の板厚の略４分の１とすることにより、発生騒音を最小
限に保ち、さらに揚力変動を抑制することが可能とな
る。

【００３５】また、請求項４に記載の発明にあっては、
前記集電舟の内部に該集電舟上面と集電舟下面とを連通
する複数の連通路を設けることによっても、請求項１に
記載の発明と同様の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る低揚力変動型パンタ
グラフの概略斜視図

【図２】図１におけるＡ部正面図

【図３】同上第１実施例に係る作用を説明する特性図

【図４】本発明の第２実施例に係る集電舟の概略側面図

【図５】本発明の第３実施例に係る集電舟の概略側面図

【図６】従来例を示すパンタグラフの正面図

【図７】トロリ線の架設状態をを示す正面図

【符号の説明】

30 低揚力変動型パンタグラフ 50 集電舟 52 翼型板 54 固定シャフト 56 隙間 75 集電舟 76 集電舟上面 77 集電舟下面 78 連通路 85 集電舟 86 集電舟上面 87 集電舟下面 88 小孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トロリ線に押圧力を与えながら接触する
   すり板と、該すり板を保持する集電舟と、を含むパンタ
   グラフにおいて、前記集電舟の車両前後方向の断面形状
   を翼型とすると共に、前記集電舟に該集電舟上面と集電
   舟下面とを連通する複数の連通手段を設けたことを特徴
   とする低揚力変動型パンタグラフ。
2. 【請求項２】 前記集電舟を各々車両前後方向の断面形
   状が翼型をなす翼型板を所定の隙間を有して積層するこ
   とにより構成し、前記連通手段が当該隙間であることを
   特徴とする請求項１記載の低揚力変動型パンタグラフ。
3. 【請求項３】 前記隙間が前記翼型板の板厚の略４分の
   １であることを特徴とする請求項２記載の低揚力変動型
   パンタグラフ。
4. 【請求項４】 前記集電舟を中実あるいは中空部材によ
   り形成し、該集電舟の内部に該集電舟上面と集電舟下面
   とを連通する複数の連通路を設けたことを特徴とする請
   求項１記載の低揚力変動型パンタグラフ。