JP2000270403A - パンタグラフ - Google Patents

パンタグラフ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空力騒音を低下させることができる翼形の舟
体を有するパンタグラフにおいて、舟体の揚力変化によ
って生じるトロリ線との接触力変動を一定の範囲内に抑
制することができるパンタグラフを提供する。 【解決手段】 本発明のパンタグラフ3は、摺り板11
を介してトロリ線1に押し付けられる舟体13を備え、
舟体前縁部に空気を吐き出すか又は吸い込む空気孔2
1、31を有することを特徴とする。空気孔21、31
は舟体前縁部の上部と下部に設けられており、舟体13
内の空気管23、33につながっている。各空気管2
3、33には、絞り弁25、35が設けられており、上
下の各空気孔21、31からの空気の吐き出し量あるい
は吸い込み量を調整できる。また、舟体は軸回りに回動
可能に設けられており、上記調整手段を作動させること
により舟体に生じる揚力の空力中心の位置を調整するこ
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、空中に架設された
トロリ線から鉄道車両に電気を供給するための集電装置
(パンタグラフ)に関する。特には、空力騒音を低下さ
せることができる翼形の舟体を有するパンタグラフであ
って、舟体の揚力変化によって生じるトロリ線との接触
力変動を一定の範囲内に抑制することができるよう改良
を加えたパンタグラフに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】鉄道車
両用集電装置の低空力音化のため、舟体の断面形状を楕
円形あるいは翼形にすることは従来より試行されてい
た。しかし、楕円形あるいは翼形の断面形状の舟体には
揚力が発生する。舟体に揚力が発生するとトロリ線と摺
り板との接触力が増加して、トロリ線に過大な応力が発
生するという弊害が生じる。この弊害を予防するには、
舟体に発生する揚力を一定の範囲内に抑制する必要があ
る。
【0003】このため、舟体の押上力を車両の速度に応
じて変化させて、摺り板とトロリ線との接触力の増加を
抑えることが考えられている。しかし、この方法では、
列車がトンネル内を走行する際に舟体の揚力発生が大き
くなるという現象に対応できず、採用が難しい。
【0004】そこで、本発明者らは特開平7−1630
05号により開示された技術を提案した。この提案の主
旨は次のとおりである。すなわち、舟体に発生する揚力
の空力中心よりも列車進行方向の前方側に舟体の回転中
心を設ける。これにより、舟体に上向きの揚力が発生し
た場合には頭下げのピッチングモーメントが発生し、上
向きの揚力が発生しなくなる姿勢まで舟体が回転する。
逆に、舟体に下向きの揚力が発生した場合には頭上げの
ピッチングモーメントが発生し、下向きの揚力がなくな
るような位置まで舟体が回転する。さらに、舟体の運動
が不安定となることを防ぐためにダッシュポットにより
減衰を与える。以上の原理に基づいて、舟体に過大な揚
力が発生することを防ぐことができる。
【0005】しかしながら、舟体の上面に貼られた摺り
板の摩耗程度や車速等によって舟体の空力中心の位置は
変動するので、舟体の空力中心の位置を調整することは
なかなか難しい。本発明者らは、空力中心位置調整の一
手法として、舟体の前縁部表面にアルミニウム金網メッ
シュ(以下ラフネスという)を付けることを試行した
が、この方法も時系列的な空力中心位置の変動に対応し
得るものではない。
【0006】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、空力騒音を低下させることができる翼形の
舟体を有するパンタグラフにおいて、舟体の揚力変化に
よって生じるトロリ線との接触力変動を一定の範囲内に
抑制することができるパンタグラフを提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】上
記課題を解決するため、本発明のパンタグラフは、摺り
板を介してトロリ線に押し付けられる舟体を備えるパン
タグラフであって;舟体前縁部に空気を吐き出すか又は
吸い込む空気孔を有することを特徴とする。
【0008】本発明のパンタグラフにおいては、上記空
気孔が舟体前縁部の上部と下部にそれぞれ設けられてお
り、該空気孔の吐き出し・吸い込みの程度を調整する調
整手段をさらに有することが好ましい。この態様のパン
タグラフにおいては、上記舟体が軸回りに回動可能に設
けられており、上記調整手段を作動させることにより舟
体に生じる揚力の空力中心の位置を調整することができ
る。
【0009】本発明者らは、上記ラフネスの作用につい
て解析したところ、「ラフネスの存在により、舟体表面
の流れが前縁付近で乱れるため、前縁部における空気圧
力低下を抑えている。それとともに、後縁部において空
気流の剥離が促進され、結果として風圧中心が下流側に
移動している。」ことを見いだした。つまり、ラフネス
は舟体前縁部において流れに擾乱を与えることにより流
れに乱れを与える作用をしている。このラフネスに代わ
り、舟体から空気を吹き出すことによって流れに擾乱を
与え、空力中心を下流側に移動させようというのが本発
明の元となったアイデアである。また、発想を逆にして
「正圧面側(圧力が大きな面:迎角が正のときには下面
側、迎角負のときには上面側)の圧力低下をさらに助長
するため、境界層の吸い込みによって舟体前縁部の表面
圧力をさらに低下させよう」とするのが空気の吸い込み
の原理である。なお、本発明は、パンタグラフ揚力の空
力中心の移動という思想に限定されるものではなく、パ
ンタグラフの様々な挙動のコントロール全般に及ぶもの
である。
【0010】以下、図面を参照しつつ説明する。図1
は、本発明の第1実施例にかかるパンタグラフの構成を
模式的に示す図である。図中には最上部にトロリ線1が
示されており、最下部に車体(屋根)7が示されてい
る。パンタグラフ3は、車体7の上に搭載されている。
パンタグラフ3は、舟体13及びその押し上げ機構40
を備える。舟体13は、この例では、横から見て翼形を
したアルミニウム製の板金構造物である。舟体13の上
には摺り板11が貼られている。摺り板11は鉄等の焼
結合金である。摺り板11は車体の幅方向に長く延びて
いる(長さ例500〜600mm)。摺り板11はトロリ
線1と接触して電気供給を受ける。
【0011】この例では、舟体13は軸15回りに回動
可能である。軸15は、押し上げ機構40の最上部のバ
ネシリンダ43のロッド41に対して固定されている。
この軸15には、舟体13との間に復元ゴム17も介設
されている。したがって、舟体13は、復元ゴム17に
よる復元力を受けながらも、軸15の回りに回動可能で
ある。
【0012】押し上げ機構40は、バネシリンダ43、
リンク51及びエアシリンダ55を備える。エアシリン
ダ55を操作することによって、舟体13を上げ下げ可
能である。リンク51及びエアシリンダ55は、車体7
の上の絶縁架台5上に固定されている。同架台5と車体
7との間は、絶縁碍子59が介装されており電気絶縁さ
れている。
【0013】バネシリンダ43は、ロッド41とそれを
上方に付勢するバネ45を有する。バネ45の付勢力
が、ロッド41、舟体13を介して摺り板11に伝わ
り、トロリ線1との接触力を生む。なお、接触力をC、
舟体に働く揚力をL、舟体・摺り板・ロッドの重力を
W、バネ力をSとすると以下となる。 C=S+L−W
【0014】舟体13の前縁部には、上下2段の空気孔
21、31が開けられている。なお、舟体13は車体の
幅方向に延びているので、空気孔21、31は舟体13
の幅方向にある間隔で多数設けられている。空気孔2
1、31は、舟体13内の空気管23、33につながっ
ている。各空気管23、33には、絞り弁25、35が
設けられており、上下の各空気孔21、31からの空気
の吐き出し量あるいは吸い込み量を調整できる。
【0015】空気管23、33は、ホース61及び空気
管65を介して、車内の空気溜71につながっている。
なお、空気管65からは、エアシリンダ55行きの空気
管63も分岐している。空気溜71には、コンプレッサ
73から圧縮された空気が供給される。なお、空気孔2
1、31から空気を吸い込む場合には、コンプレッサ7
3を逆転させ空気溜71を負圧とする。
【0016】この実施例のパンタグラフでは、次のよう
に揚力及び空力中心の調整を行う。まず、揚力を減らす
には、下空気孔31からの空気吐き出しを相対的に増す
か上空気孔21からの空気吸い込み量を相対的に減ら
す。揚力を増すにはその逆を行う。
【0017】次に、空力中心を後ろに移動させるには、
舟体13の前縁部において流れに乱れを与え、前縁部の
圧力低下を抑制するとともに、舟体後縁部の圧力回復を
遅らせる。こうすることによって、舟体回りの圧力分布
が変化し、空力中心を後ろに移動することができる。舟
体前縁部において流れを乱す手段として、空気の吐き出
しあるいは吸い込みを用いる。空気孔21、31は舟体
13の幅方向に間欠的に設けられているため、空気孔の
ある場所とない場所とでは表面圧力が異なり、境界層に
じょう乱を与えることが可能である。
【0018】摺り板11が摩耗して減ってきた場合は、
舟体13と摺り板11からなる翼の上面がフラットにな
るため、空力中心は鉛直方向上方へ移動し、結果として
揚力は上がる。そこで、上述の揚力を下げる調整を行っ
て揚力を必要以上に上げないように調整できる。あるい
は、非常に応答の遅い制御として、摺り板摩耗による空
力特性の変化の補償をすることを追加機能とする。すな
わち舟体のひずみとして回転軸のひずみを計測し、その
直流分の増減に対応して空気吐き出し量を変化させる。
【0019】図2は、本発明の第2実施例に係るパンタ
グラフの構成を模式的に示す図である。この例では、舟
体113はバネシリンダ143のロッド141に対して
回動不能に固定されている。一方、バネシリンダ143
には、バネ145のたわみを検知するためのたわみセン
サ147が取り付けられている。このセンサは電気式、
磁気式、センサ光式等を用いることができる。さらに、
舟体113には歪センサ149が取り付けられている。
この歪センサ149にはストレインゲージ等を利用でき
る。たわみセンサ147及び歪センサ149の信号は制
御部150に送られる。制御部150は、後述する方法
により、各空気管123、133の絞り弁125、13
5をコントロールし、上下の各空気孔121、131か
らの空気の吐き出し量あるいは吸い込み量を調整する。
【0020】ここで上述の式を再掲する。 C=S+L−W なお、舟体とトロリ線との接触力をC、舟体に働く揚力
をL、舟体・摺り板・ロッドの重力をW、バネ力をSと
する。
【0021】上記バネシリンダ143のたわみセンサ1
47によりバネ力Sがわかり、舟体113の歪センサ1
49により接触力Cが分かる。舟体113等の重力Wは
基本的には一定である(摺り板の摩耗による変動は無視
できる)。したがって、上の式から実際の揚力Lが分か
る。この原理により、揚力Lを積極的にコントロールす
ることとすれば、接触力Cが一定になるようにコントロ
ールできる。
【0022】図3は、舟体に働く揚力を計測しながら揚
力をアクティブコントロールする制御の基本的な考え方
を示すブロック図である。すなわち、揚力を計測して
(001)、揚力を下げるか上げるかを判断する(00
2)。揚力を下げる必要があるときは、舟体の下面側の
空気吐き出し量を増すか上面の側の空気吸い込み量を減
らす(003)。一方、揚力を上げる必要があるとき
は、舟体の上面側の空気吐き出し量を増すか下面側の空
気吸い込み量を減らす(004)。
【0023】次に、従来のラフネスの取り付けの場合
と、本発明の空気の吐き出し又は吸い込みの場合の二つ
の場合における、騒音の発生の如何について考察する。
ラフネスの取り付けは空力音の増加をもたらすことは、
実験により分かっている。空力音を低下させるために
は、空気流の乱れの相関長さ、すなわち位相のそろった
乱れを減らすことが重要である。ラフネスの場合、その
形状が一様であるため、位相のそろった乱れが生じやす
い。これに対して空気吐き出し、吸い込みの場合には、
乱れの相関はその吐き出し孔、吸い込み孔の近傍程度に
限られると考えられ、空力音の低減が可能となる。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、摺り板の摩耗等により舟体の空力特性が変化
しても、舟体前縁部の空気孔から空気を吐き出すか又は
吸い込むことによって、トロリ線との接触力変動を一定
の範囲内に抑制することができる。同時に空力音低減効
果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るパンタグラフの構成
を模式的に示す図である。
【図2】本発明の第2実施例に係るパンタグラフの構成
を模式的に示す図である。
【図3】舟体に働く揚力を計測しながら揚力をアクティ
ブコントロールする制御の基本的な考え方を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
1 トロリ線(給電線) 3 パンタグラフ 5 絶縁架台 7 車体 11 摺板 13 舟体 15 軸 17 復元ゴム 19 軸受 21、31 空気
孔 23、33 空気管 25、35 絞り
弁 40 押し上げ機構 41 ロッド 43 バネシリンダ 45 バネ 51 リンク 55 エアシリン
ダ 59 絶縁碍子 61、63 ホー
ス 65 空気管 71 空気溜 147 バネ力センサ 149 歪センサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 摺り板を介してトロリ線(給電線)に押
    し付けられる舟体を備えるパンタグラフであって;舟体
    前縁部に、空気を吐き出すか又は吸い込む空気孔を有す
    ることを特徴とするパンタグラフ。
  2. 【請求項2】 上記空気孔が舟体前縁部の上部と下部に
    それぞれ設けられており、 該空気孔の吐き出し・吸い込みの程度を調整する調整手
    段をさらに有することを特徴とする請求項1記載のパン
    タグラフ。
  3. 【請求項3】 上記舟体が軸回りに回動可能に設けられ
    ており、 上記調整手段を作動させることにより舟体に生じる揚力
    の迎角を調整することを特徴とする請求項2記載のパン
    タグラフ。
  4. 【請求項4】 上記舟体に働く揚力を計測するセンサ
    と、 このセンサからの信号に応じて上記調整手段を作動させ
    る制御手段と、 をさらに備えることを特徴とする請求項2記載のパンタ
    グラフ。
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