JPH09266604A - 高速車両のパンタグラフ用低騒音舟体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の高速化に伴ってパンタグラフの舟体か
ら発生する空力音を低減させる。 【解決手段】 舟体１０の進行方向の前後には、切込み
１３を形成する。切込み１３は、舟体１０の幅方向に沿
って複数設けられる。舟体１０の切込み形成前の断面形
状は、概略的に楕円形とし、すり板１１が装着される上
部は平坦で、かつ切込み１３の形成によってほぼ周期的
に変化する。このような切込み１３によって、気流中で
舟体１０から発生する渦による空力騒音が特定の周波数
に集中せず、揚力特性を良好に維持しながら騒音の低減
を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行する鉄道車両
などの屋根に設置され、架線に下方から接触して車両内
へ電流を取込むための集電装置、特に高速車両のパンタ
グラフ用低騒音舟体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電気鉄道車両は、空中に張架
された架線に、車両の屋根に取付けられたパンタグラフ
などの集電装置の舟体を接触させ、摺動させながら集電
して走行に必要な電力の供給を受ける集電方式を採用し
ている。パンタグラフ、特にその舟体は、車両の屋根の
上に、ほとんどの場合は車両の進行方向と直交する側で
ある車両の幅方向に長く配置されているので、車両が高
速度で走行すると風切り音や、エオルス音などの空力騒
音等の原因となりやすい。空力騒音は、速度の６乗に比
例するため、速度向上のためには空力騒音を低減する必
要がある。

【０００３】集電装置、特に舟体の発生する騒音を低減
する先行技術は、たとえば特開平７−８７６１０や、特
開平７−１４３６０５などに開示されている。特開平７
−８７６１０では、舟体の断面形状を中央領域では長方
形に成形し、側方領域では進行方向の前後方向に凸の形
状とすることによって、低空力音化を図っている。特開
平７−１４３６０５の先行技術では、舟体の断面形状
を、楕円ないしは楕円に類似した楕円様形状として低騒
音化を図り、上部は集電機の特性上、架線と摺動するた
め平坦にすることによって、揚力特性の改善と、空力騒
音の低減を図っている。

【０００４】図８は、空力騒音の発生程度を測定するた
めの装置の概略的な構成を示す。舟体をモデル化した試
料１は、風洞出口２の水平方向中心軸３上に、取付部材
４を用いて固定される。矢符５に示す方向に、風洞出口
２から風を吹き出させると、図８（１）および図８
（２）の右方から左方へ流れる一様な空気流が生じる。
試料１の中心を通り、水平方向中心軸３と直交する鉛直
軸６上に試料１から発生する空力騒音を集音するマイク
７を配置する。マイク７で集音された騒音は、音圧レベ
ルの周波数に対する分布が計測される。

【０００５】図９は、図８の試料１として、典型的な断
面形状に対応する棒材を用いたときの騒音の周波数特性
を示す。図９（１）は、或る舟体断面の周波数特性の一
例を示す。たとえば、１０００Ｈｚの周波数でピークが
生じ、この音が空力騒音として騒音になる。図９（２）
は、アスペクト比、すなわち長径と短径との比が１．
５：１の楕円断面の場合の騒音の周波数分布を示す。２
００〜９００Ｈｚの範囲で音圧レベルが相対的に高くな
っている。図９（１），（２）は要素試験の一例を示し
たものであるが、断面の大きさ、風速が変わった場合に
も、周波数や音圧レベルは異なるが同様の様相を示すの
で、これらが空力騒音の原因となることが判る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】先行技術によるパンタ
グラフの舟体の低騒音化は、たとえば図９（２）および
後述する図４に示すように、まだ充分なレベルに達して
いない。新幹線などに代表される高速鉄道車両では、車
両速度の向上が進められると同時に、速度上昇に伴う騒
音をより低減することが要求されている。また、車両の
高速化に伴い、舟体に発生する揚力による架線への接触
圧への影響が大きくなっている。

【０００７】本発明の目的は、パンタグラフの舟体とし
て必要な揚力特性などを犠牲にすることなく低騒音化が
可能な、高速車両のパンタグラフ用低騒音舟体を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、高速走行時に
発生する空力騒音を低減することができる高速車両のパ
ンタグラフ用低騒音舟体であって、進行方向の前後両側
に、幅方向に沿って複数の垂直方向の切込みが形成され
ていることを特徴とする高速車両のパンタグラフ用低騒
音舟体である。 本発明に従えば、進行方向の前後両側に、幅方向に沿っ
て複数の垂直方向の切込みが舟体に形成される。舟体が
高速度で空気中を移動すると、舟体の表面に沿って流れ
る空気にカルマン渦が生じ、断面形状が幅方向に一様で
あるとカルマン渦の発生も一様となり、特定の周波数の
成分が強調されてエオルス音という空力騒音が発生しや
すい。複数の切込みを形成することによって、舟体の幅
方向でカルマン渦の発生が抑えられ騒音の低減を図るこ
とができる。

【０００９】また本発明の前記切込みの深さは、前記舟
体断面の進行方向についての長さの１／１２以上で１／
３以下の範囲内であることを特徴とする。 本発明に従えば、切込みの深さが１／１２以上あるの
で、断面形状の充分な変化を得ることができる。また、
切込みの深さは１／３以下であるので、舟体として必要
な強度を確保することができる。

【００１０】また本発明は、前記舟体の基本切込み形成
前の断面形状は、概略的に楕円または長円であることを
特徴とする。 本発明に従えば、舟体の切込み形成前の断面形状は、概
略的に楕円または長円であるので、高速走行する際の揚
力特性を満たしやすく、切込みの形成によってさらに騒
音の低減を図ることができる。

【００１１】また本発明の前記舟体の断面形状は、進行
方向についての長さと、進行方向に垂直な方向の長さと
のアスペクト比が０．８：１から５：１までの範囲であ
ることを特徴とする。 本発明に従えば、舟体の断面形状の進行方向についての
長さと、進行方向に垂直な方向の長さとのアスペクト比
が０．８：１から５：１までの範囲であるので、実用的
な舟体としての強度の確保と騒音低減とを図ることがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の第１形態
による舟体１０の構成を示す。図１（１）は平面図、図
１（２）は正面図、図１（３）は図１（２）の切断面線
Ｉ−Ｉから見た断面図をそれぞれ示す。舟体１０の上部
には、架線との接触を行うすり板１１が設けられる。す
り板１１は、舟体１０の上面に形成されている溝内に挿
入され、図示を省略したばねによって上方に付勢され、
架線に押付けられる。架線に対するすり板１１の押付力
は、集電を確実にする上からは大きい方がよいが架線を
持ち上げてしまう。架線の摩耗を避ける点からは小さい
方がよいが離線のおそれがある。さらに、車両が高速度
で走行すると舟体１０の揚力の影響で、すり板１１を架
線側に押付ける力が変化する。押付力は標準が５．５ｋ
ｇｆ、許容値は３〜１５ｋｇｆ程度の範囲である。本実
施の形態の舟体１０の断面形状は、走行方向を長軸とす
る楕円に切込みを入れた形状を基本としている。上部は
平坦とし、すり板１１を搭載し、通常の走行条件下では
揚力が０ないしは若干正の値をとるように形状を設定す
る。

【００１３】舟体１０の幅方向、すなわち車両の進行方
向に垂直な方向の左右の両側には、舟体１０の幅より外
側位置の架線を滑らかに舟体１０へ導く役割を有するホ
ーン１２が設けられる。本実施の形態では、進行方向の
前後から、複数の切込み１３が舟体１０に形成される。
さらに、ホーン１２に対しても、切込み１４が進行方向
の前後から形成される。

【００１４】図２は、図１の舟体１０を備えるパンタグ
ラフの正面構成を示す。舟体１０は、舟体支持部材１５
を介して支柱１６の上支柱１７によって支持される。支
柱１６は、側面状態で「く」の字状に屈曲する上支柱１
７および下支柱１８によって形成される。上支柱１７と
下支柱１８との間を関節として屈曲することによって、
舟体１０の高さが変わり、すり板１１が接触する架線の
高さが変動しても、追従することができる。支柱１６の
下支柱１８は、支持枠１９によって支えられている。支
持枠１９は、電気絶縁用のガイシ２０を介して車両２１
の屋根に固定される。このパンタグラフでは、空気によ
る抵抗と騒音発生とを極力防止するため、支柱１６内に
ばねやリンク装置などを収納し、できるだけ単純な外観
形状となるように構成されている。

【００１５】図３は、図１の実施形態における切込み１
３の効果を示す。前述の図８に示すような試験装置で、
試料として１：１．５の楕円形状の棒材を用いるときの
騒音測定結果を実線で示し、楕円形状の長軸側の前後に
切込み１３を形成する試料についての測定結果を二点鎖
線で示す。周波数が１００〜１０００Ｈｚの範囲では、
切込みによる騒音低減の効果が著しい。特に、９００Ｈ
ｚ付近のピークが解消されていることが判る。この理由
としては、切込み１３を形成することによって、舟体１
０の断面に沿って流れる空気に同一断面の延長物ではカ
ルマン渦を生じるが、切込みがある場合にはこの作用に
よってカルマン渦が生じないためピークが低下すると考
えられる。

【００１６】図４は、上側を平坦にした楕円形状の舟体
に対応する試料についての空力騒音測定結果を示す。上
側を平坦にすることによって、図３の実線に示す場合よ
りは騒音は低下するけれども、約１０００Ｈｚの周波数
にピークが残り、図３の二点鎖線で示す程の低減効果は
ない。特開平７−１４３６０５の先行技術のように上側
を平坦にすることよりも、進行方向の前後から切込みを
いれることによってより一層騒音の低減を図ることがで
きる。

【００１７】なお、図１に示す舟体１０の進行方向の長
さＬと、厚さＨ方向の比であるアスペクト比Ｈ：Ｌは、
１：０．８〜１：５の範囲であることが好ましい。特
に、１：１．５程度であれば充分な揚力特性と、騒音低
減特性との兼合いが得られる。

【００１８】図５は、本発明の実施の第２形態による舟
体３０の構成を示す。図５（１）は平面図、図５（２）
は正面図、図５（３）は図５（２）の切断面線Ｖ−Ｖか
ら見た断面図をそれぞれ示す。舟体３０の上部の中央に
はすり板３１が設けられ、幅方向の両側にはホーン３２
が設けられる。本実施形態では、舟体３０の断面形状の
基本となる楕円に切込みを入れた形状が、中央で面積が
大きく、幅方向の両側で面積が小さくなるように滑らか
に変化する。さらに、舟体３０の進行方向の前後から
は、複数の切欠き３３が形成されている。本実施形態で
は、ホーン３２については切欠きを形成していない。本
実施形態のように、舟体３０の前後両側から切込み３３
を形成するだけでも、騒音低減の効果を得ることができ
る。

【００１９】図６は、本発明のさらに他の実施形態によ
る舟体の断面形状を示す。図６（１）は、図１の実施形
態を示す。図６（２）の舟体４０は、切込み４１を内側
に凸の円弧状に形成する。たとえば、切込み４１を円周
方向に回転する刃物で舟体４０を切込んで形成するよう
な場合に、このような形状の切込み４１であれば容易に
形成することができる。図６（３）は、舟体５０に対し
て外に凸となる円弧状の切込み５１が形成されている場
合を示す。このような切込み５１は、舟体５０側を中心
軸線まわりに回転させながら、固定された刃物で切込み
５１を切削する場合に容易に形成することができる。図
６（４）、図６（５）および図６（６）は、舟体６０，
７０，８０に直線状の切込み６１，７１，８１をそれぞ
れ形成する場合を示す。ただし、各切込み６１，７１，
８１は、図６（１）の切込み１３のように互いに平行で
はなく、傾斜している。それぞれの切込みは、強度と空
力騒音の低減および揚力特性等の兼合いで適宜選択する
ことができる。

【００２０】図７は、舟体の切込みについての平面形状
を示す。図７（１）は、舟体１００に対して進行方向前
方側からの切込み１０１と、後方側からの切込み１０２
との形状が交互に位相がずれて、一方の山１０１ａ，１
０２ａと他方の谷１０２ｂ，１０１ｂとが対応している
状態を示す。図７（２）は、舟体１１０の前方側からの
切込み１１１と、後方側からの切込み１１２とが中心線
１１０ｃに対して対称となっている状態を示す。図７
（３）では、舟体１２０の前後からの切込み１２１，１
２２が、それぞれ間欠的に形成されている状態を示す。
図７（４）では、舟体１３０の前後の切込み１３１，１
３２の幅Ｗ４が、たとえば切込み深さＤの２倍である。
図７（１）〜図７（３）では、幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、
切込み深さＤと同程度に表しているが、これらの関係に
限定されるものではない。また切込みピッチは不等ピッ
チでも、同様の効果が得られる。

【００２１】なお、図２では、パンタグラフを支える支
柱１６が見かけ上、１本であるように構成されているけ
れども、他の形状のパンタグラフであっても、本実施形
態の舟体を用いて同様に空力騒音の低減を図ることがで
きる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、舟体の進
行方向の両側に設ける複数の切込みによって、車両が高
速で走行するときの風切り音やエオルス音などの空力騒
音を低減することができる。

【００２３】また本発明によれば、切込みの深さは、舟
体断面の進行方向についての長さの１／１２以上で１／
３以下の範囲内であるので、騒音低減効果を有し、舟体
としての必要強度も確保することができる。

【００２４】また本発明によれば、切込み形成前の舟体
の断面形状は、概略的に楕円または長円であるので、適
切な空力特性を得ることができ、さらに切込みによって
騒音低減を図ることができる。

【００２５】また本発明によれば、舟体の進行方向につ
いての長さと、進行方向に垂直な方向の長さとのアスペ
クト比が０．８：１から５：１までの範囲であるので、
低騒音特性と適切な揚力特性とを両立させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態による舟体の平面図、
正面図および側断面図である。

【図２】図１の実施形態の舟体１０を含むパンタグラフ
の正面図である。

【図３】図１の実施形態の舟体による騒音低減効果を示
すグラフである。

【図４】先行技術の舟体形状から発生する騒音を示すグ
ラフである。

【図５】本発明の実施の第２形態による舟体３０の正面
図および側断面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施形態の舟体の側面図で
ある。

【図７】本発明のさらに他の実施形態による舟体の平面
図である。

【図８】舟体に対応する試料から発生する空力騒音を計
測する装置の正面図および平面図である。

【図９】図８の計測装置によって測定された従来の舟体
形状から発生する騒音を示すグラフである。

【符号の説明】

１０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，１００，
１１０，１２０，１３０ 舟体 １１，３１ すり板 １２，３２ ホーン １３，１４，３３，４１，５１，６１，７１，８１，１
０１，１０２，１１１，１１２，１２１，１２２，１３
１，１３２ 切込み １６ 支柱 ２０ ガイシ ２１ 車両

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 昇 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者 小城 賢治 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速走行時に発生する空力騒音を低減す
   ることができる高速車両のパンタグラフ用低騒音舟体で
   あって、 進行方向の前後両側に、幅方向に沿って複数の垂直方向
   の切込みが形成されていることを特徴とする高速車両の
   パンタグラフ用低騒音舟体。
2. 【請求項２】 前記切込みの深さは、前記舟体断面の進
   行方向についての長さの１／１２以上で１／３以下の範
   囲内であることを特徴とする請求項１記載の高速車両の
   パンタグラフ用低騒音舟体。
3. 【請求項３】 前記舟体の基本切込み形成前の断面形状
   は、概略的に楕円または長円であることを特徴とする請
   求項１または２記載の高速車両のパンタグラフ用低騒音
   舟体。
4. 【請求項４】 前記舟体の断面形状は、進行方向につい
   ての長さと、進行方向に垂直な方向の長さとのアスペク
   ト比が０．８：１から５：１までの範囲であることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高速車両のパ
   ンタグラフ用低騒音舟体。