JP2001106066A - 集電装置の防風カバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トンネル入口に設置した緩衝工の長さより列車
先頭部から防風カバーまでの距離が短くなると、列車先
頭部及び防風カバーから発生する微気圧波が重なり合っ
て微気圧波レベルが増大するため、列車の短編成化が困
難であった。 【解決手段】 防風カバー１０の２つのスロープ部１
１，１２を、いずれも断面積変化率を一定であって、一
方のスロープ部１１の長さを他方のスロープ部１２より
長くする。これによって、一方のスロープ部１１の断面
積変化率を、他方より小さくできるから、列車がトンネ
ルに突入する際に防風カバー１０から発生する圧縮波の
圧力勾配を小さくすることができ、仮に、防風カバーの
圧縮波と列車先頭部の圧縮波とが重なったとしても、ト
ンネル出口側で生ずる微気圧波の増大を抑制することが
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、鉄道車両の屋根に据え
付けた集電装置から発生する空力音の低減化のため設置
される防風カバーの改良に関し、列車がトンネル内へ突
入する際に発生する微気圧波の緩和を図ることを目的と
する。

【０００２】

【定義事項】本明細書において「前・後・左・右」と
は、それぞれ車両の進行方向に対する前・後・左・右を
言うものとする。また「断面積」とは、進行方向に対し
垂直な方向における断面の面積を言うものとする。さら
に「断面積変化率」とは、断面積の進行方向に沿って変
化する割合を言うものとする。

【０００３】

【従来の技術】列車がトンネル内へ突入すると、トンネ
ル内に圧縮波が生じ、これがトンネル内を伝播して出口
側からトンネル微気圧波として周囲へ伝わる。トンネル
微気圧波のエネルギーレベルが大きいと衝撃音となり、
トンネル出口周辺の環境に悪影響を及ぼすおそれがあ
る。そこでトンネル微気圧波を低減するため、各種の地
上対策や車両対策が採られている。

【０００４】トンネル内に発生する圧縮波の圧力勾配
は、トンネル内へ突入する物体の断面積変化率に依存
し、トンネル微気圧波の大きさはトンネル出口における
圧縮波の圧力勾配に比例することが分かっている。車両
対策としては、先頭車両の形状を先鋭化して断面積変化
率を小さくすることにより、圧縮波の圧力勾配を小さく
することが採用されている。他方、トンネル微気圧波に
対する地上対策として、トンネル入口に、図５に示すよ
うな緩衝工１を設置することが採用されている。緩衝工
１は、列車Ａがトンネルに突入する際に発生する圧縮波
の圧力勾配を緩和することにより、トンネル微気圧波を
低減させるものである。

【０００５】ところで、鉄道車両の屋根に設置される集
電装置は列車走行中に気流が当たって空力音を発生さ
せ、その空力音レベルは走行速度の上昇に伴って増大す
る。そこで、高速走行する新幹線では、空力音低減化対
策として集電装置の周囲を取り囲む防風カバーを設けて
いる。しかるに防風カバーは、列車の断面積変化をもた
らすから、トンネル微気圧波の発生源となり得ると予測
される。但し、走行速度が時速２７０ｋｍまでのときに
は、列車先頭部によって発生するトンネル微気圧波だけ
を問題とすればよく、防風カバーから発生する微気圧波
についてはレベルが充分に小さいので無視することがで
きた。

【０００６】ところが新幹線の走行速度が時速３００ｋ
ｍ近くなると、防風カバーに由来するトンネル微気圧波
のレベルが無視できない大きさとなり、適当な対策が必
要とされるようになった。そこで現在、時速２７０ｋｍ
以上の走行速度で営業運転している５００系，７００系
については、それ以前よりも投影面積が小さい小型の防
風カバーを設置することにより、トンネル微気圧波を低
減させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】列車がトンネル内へ突
入する際に発生するトンネル微気圧波を低減するため、
トンネル入口に緩衝工を設置した場合において、ある条
件では列車先頭部及び防風カバーそれぞれにより発生す
る微気圧波が重なり合って微気圧波レベルが増大すると
いう問題が発見された。すなわち、トンネルの入口側に
設置した緩衝工の長さより列車の先頭から防風カバーま
での距離が短い場合、上記問題の生ずることが分かっ
た。

【０００８】図６は、緩衝工の長さをＬ、列車先頭部か
ら防風カバーまでの距離をＳとし、Ｓ＜Ｌであるとき
に、列車が速度Ｖでトンネル内へ進入した場合における
トンネル内の圧力変動を観測した結果を示すものであ
る。同図のグラフにおいて、縦軸は列車の先頭部が緩衝
工に突入した瞬間からの経過時間（Ｔ）を示し、横軸は
トンネル本坑入口からの距離（Ｘ）を表している。また
グラフ中の実線で描いた斜線は、列車先頭部及び防風カ
バーの移動軌跡を示し、点線による斜線は、列車先頭部
及び防風カバーから発生する圧縮波を示している。

【０００９】まず、列車先頭部が緩衝工内へ突入する
（時間ｔ₀ ）ことによって圧縮波が伝播し、トンネル内
に第１の圧力変動が生起する（波形参照）。次に、防
風カバーが緩衝工内へ突入する（時間ｔ₁ ）と、これに
よって新たな圧縮波が生じ、第２の圧力変動をトンネル
内に生じさせる（波形参照）。前述のとおり、列車先
頭部から防風カバーまでの距離Ｓは緩衝工の長さＬより
も短いので、列車先頭部がトンネル本坑内へ突入する
（時間ｔ₂ ）前に、防風カバーが緩衝工内へ突入する。
その結果、ある時間範囲αでは、列車先頭部による圧力
変動と、防風カバーによる圧力変動とが重なり、圧
力勾配の最大値が増大して、レベルの高い微気圧波を発
生させる。

【００１０】なお図５に示すように、緩衝工１には複数
のスリット２，２が形成され、列車Ａの先頭部や防風カ
バーがこのスリット２，２の間を通過するときにも圧縮
波が発生する。そして、この圧縮波についても、列車先
頭部から防風カバーまでの距離Ｓが緩衝工の長さＬより
短いときには、重なり合ってトンネル微気圧波を増大さ
せる場合のあることが分かっている。

【００１１】従来は前記問題を防ぐため、列車先頭部か
ら防風カバーまでの距離Ｓを、鉄道路線に設置されてい
る緩衝工Ｌの最大長さよりも大きく設定することによ
り、列車先頭部による圧力変動と防風カバーによる圧力
変動とが重なり合うのを防止している。しかしながら上
記対策は、列車編成が充分に長い場合にのみ採用可能で
あり、短編成列車には適用することができないという問
題がある。具体的には、現行の山陽新幹線では、最長の
緩衝工の長さが４９ｍであり、新幹線１車両の長さは約
２５ｍ程度なので、圧力変動の重なりを避けるには、防
風カバーを２両目の後方部以降に設置しなくてはならな
い。また、離線による集電電流の途切れ・スパークの発
生・集電装置の摺板の摩耗等を防ぐため、列車１編成あ
たり少なくとも２基以上の並列接続した集電装置を設置
し、且つ、その間隔は、高速時に良好な集電性能を確保
するため３両程度離すことが必要とされている。かかる
条件を満足させるには、図７に示す如く、従来の新幹線
Ａは最低７両編成を要し、防風カバーＣを列車両端から
それぞれ３両目に設置しなくてはならない。すなわち新
幹線を６両以下の短編成とすると、列車Ａの先頭部から
防風カバーＣまでの距離Ｓを充分に確保する事と、２基
の集電装置の間隔を車両３両分以上とする事とを両立さ
せるのが不可能である。しかるに列車の短編成化は、コ
スト削減の有効な手段であるので、短編成化に伴うトン
ネル微気圧波増大の問題を解決することが切望されてい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題に鑑み、列車を短編成化してもトンネル微気圧波の増
大を抑制することの可能な防風カバーを提供するもので
ある。本発明に係る防風カバーの特徴とするところは、
車両屋根に設置され集電装置の周囲を取り囲む防風カバ
ーであって、車両進行方向に沿って延びる前後のスロー
プ部と集電装置の左右に位置する側壁部とから成り、前
記スロープ部の最大高さ寸法が集電装置を支持する碍子
部分の高さ寸法と同程度に設定され、前記スロープ部の
前後方向に対して垂直方向の断面積の変化率がほぼ一定
に設定され、一方のスロープ部の断面積変化率の値は他
方のスロープ部の断面積変化率の値より小さく設定され
ていることにある。

【００１３】前記防風カバーは、外表面のほぼ全体を連
続する湾曲面に形成することができる。あるいは前記ス
ロープ部を、幅寸法及び勾配がほぼ一定の傾斜平面に形
成することもできる。この場合、断面積の変化率が大き
い方のスロープ部の勾配を１０〜２０度の範囲に設定
し、もう一方のスロープ部の勾配を上記一方のスロープ
部の勾配より小さく設定する。

【００１４】さらに本発明に係る防風カバーは、車両屋
根に設置するに際し、断面積変化率が小さく形成されて
いる方のスロープ部を、列車端部に近い方に位置させる
ものとする。

【００１５】

【発明の実施の形態】〔第１の実施形態〕本発明に係る
防風カバーの一実施形態を図１に示す。この防風カバー
１０は、集電装置Ｑの前後に延びるスロープ部１１，１
２と、集電装置Ｑの左右側方に位置する側壁部１３とか
ら成り、外表面のほぼ全体を連続する湾曲面に形成した
ものである。前後のスロープ部１１，１２と左右の側壁
部１３，１３とで囲まれる領域は、集電装置Ｑが配設さ
れるキャビティ１５となされている。側壁部１３には、
集電装置Ｑの折り畳み時にホーン部ｈとの間の絶縁離隔
を確保するため、切欠１４が設けられている。スロープ
部１１，１２は車両進行方向に対して垂直方向の断面積
が、前端及び後端から中央部へ向かって一定の比率で連
続的に増加するように設定されている。かかる形態は、
集電装置Ｑの舟体ｆに当たる風の流れの安定化、防風カ
バー１０自体から発生する空力音レベルの低下、及び防
風カバー１０による圧力変動の緩和に対して有効であ
る。スロープ部１１，１２の最大高さ寸法は、集電装置
Ｑを支持する碍子部分Ｇの高さ寸法とほぼ等しくなされ
ている。なおスロープ部１１，１２の長さが同じであれ
ば、スロープ部１１，１２の最大高さ寸法を小さく制限
することにより、又は、断面積の変化率を一定値とする
ことにより、変化率の最大値を小さく抑えることができ
る。

【００１６】本例の防風カバー１０は、２つのスロープ
部１１，１２を、いずれも断面積変化率を一定とする
が、一方のスロープ部１１の長さを、他方のスロープ部
１２より長くしたところに特色を有している。これによ
って、一方のスロープ部１１の断面積変化率の値が、他
方のスロープ部１２の断面積変化率の値より小さくする
ことができる。当該防風カバー１０によって得られる利
点を説明すると、以下のとおりである。

【００１７】本発明の防風カバー１０は、車両屋根に設
置するに際しては、図２に示すように、断面積変化率の
小さい方、つまり長さの長い方のスロープ部１１が列車
端部に近くなるよう設定する。かかる構成により、列車
進行方向の前側に位置する防風カバー１０については、
断面積変化率の値が小さい方のスロープ部１１が前側に
位置することになる。それ故、列車がトンネルに突入す
る際に防風カバー１０から発生する圧縮波の圧力勾配を
小さくすることができ、仮に、防風カバーの圧縮波と列
車先頭部の圧縮波とが重なったとしても、トンネル出口
側で生ずる微気圧波の増大を抑制することができる。も
う一方のスロープ部１２については、断面積変化率が前
側より大きいけれども、列車進行方向の後側に位置して
おり、列車進行方向へ向かって断面積が減少するから、
圧縮波を発生させない。また列車が逆向きに走行する場
合は、列車先頭部からの距離が遠くなるため、ここから
発する圧縮波が、列車先頭部の圧縮波と重なることがな
い。

【００１８】また本発明の防風カバー１０を用いると、
集電装置Ｑの位置を車両台車の直上から離れる方向へ移
動させなくて済むという利点が得られる。集電装置Ｑ
は、トロリー線との偏倚を一定範囲内に保つため、車両
台車の直上付近に配置することが好ましい。ところで、
防風カバーによるトンネル微気圧波の増大を緩和するた
めにスロープ部の断面積変化率を小さくするだけであれ
ば、単に防風カバーの全長を大きくしてスロープ部を長
くしてやればよい。しかしそうすると、１車両内に防風
カバーを納めるには、集電装置の位置を車両中央側へ移
動させねばならなくなる。集電装置が車両台車の直上位
置から離れると、列車が曲線部分を走行するときに集電
装置とトロリー線との偏倚が大きくなり、集電作業に支
障をきたすおそれがある。そこで、集電装置の位置を変
えずに、防風カバーの長さを前後に延長することも考え
られるが、この場合は、少なくとも一方のスロープ部を
車両を跨いで設けねばならなくなり、騒音の増大を招
く。これに対し本発明に係る防風カバー１０は、進行方
向前側のスロープ部１１だけを長くし、後側のスロープ
部１２の長さは従来と変えないので、車両後方側へ配置
することにより、集電装置Ｑの位置を車両後方側の台車
直上付近とすることができ、且つ、後側のスロープ部１
２が車両を跨ぐことがない。

【００１９】本発明に係る防風カバー１０は、前述のよ
うな利点に基づき、列車の短編成化を可能とする。例え
ば新幹線では、２基以上の集電装置を３両程度の間隔を
置いて設置することが必要であるから、図２に示す如
く、本発明防風カバー１０を両端車両ａ₁ ，ａ₂ にそれ
ぞれ配設することにより、５両編成の新幹線列車Ａとす
ることができる。各防風カバー１０は、両端車両ａ₁ ，
ａ₂ が先頭となるときの後部側に設置され、断面積変化
率の小さい方のスロープ部１１が前側となるように設定
される。これにより、トンネル進入時に列車先頭部と防
風カバーとから発生する圧縮波が重なったとしても、防
風カバーによる圧力勾配を小さく抑えられるので、トン
ネル微気圧波の増大を避けることが可能となる。

【００２０】〔第２の実施形態〕図３は、本発明に係る
防風カバー１０の異なる実施形態を示すものである。同
防風カバー１０は平面形状がほぼ長方形であって、前後
のスロープ部１１，１２が一定勾配の傾斜平面に形成さ
れ、側壁部１３，１３は起立平面で形成されている。ま
た本例の防風カバー１０では、スロープ部１１，１２の
上端から集電装置Ｑを収納するキャビティ１５までの間
に水平部１６を設けて、集電装置Ｑに当たる気流の安定
化を図っている。

【００２１】当該防風カバー１０が列車走行時に先頭部
に近い方の防風カバーとなる場合において、進行方向前
側となる方のスロープ部１１は、後側のスロープ部１２
よりも勾配を小さく設定することにより、断面積の変化
率を小さくしている。断面積変化率の値が大きい方の後
側のスロープ部１２は、その勾配が１０〜２０度の範囲
に設定される。勾配を１０度未満にすると、当該スロー
プ部１２の長さが長くなり、防風カバー１０を一車両内
に納めるのが難しくなる。勾配が２０度を越えると、当
該スロープ部１２が前側となる向きに列車が走行したと
き、集電装置Ｑに当たる気流が、スロープ部１２で跳ね
上がって上向き仰角の気流となるため、集電装置Ｑに過
大な揚力を発生させるおそれがある。

【００２２】〔第３の実施形態〕図４に、本発明に係る
防風カバー１０のさらに異なる実施形態を示す。この実
施形態は、防風カバー１０における側壁部１３の外側
に、遮音壁１７を立設したものである。上記遮音壁１７
は、側壁部１３に形成した切欠１４から漏れ出る騒音の
低減化を目的とする。上記遮音壁１７は断面積を小さく
できるので、トンネル微気圧波に対する影響は少ない。
しかし、トンネル微気圧波の低減化を確実にするため、
スロープ部１１と遮音壁１７と合わせた断面積変化率が
一定となるように構成することも可能である。

【００２３】〔その他の実施形態〕本発明に係る防風カ
バーとしてほぼ全体を湾曲面とする形態を採用する場
合、例えば放物面体をその軸線を含む面で半分に切断し
た如き形状とすることができる。かかる形状もまた、断
面積の変化率が一定である。また本発明に係る防風カバ
ーは、短編成の列車に採用するのが好適であるが、通常
編成の列車に適用することを妨げるものではない。その
他、本発明は、実施の形態に即して適宜の変更又は応用
を施すこと妨げない。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係る防風カバーによれば、列車
の先頭部に近い方の防風カバーにおける進行方向前側の
スロープ部の断面積変化率を、他方のスロープ部の断面
積変化率より小さくすることができる。従って、トンネ
ル進入時に圧縮波が重なり合う可能性の有る列車の先頭
車両又は先頭近くの車両に、防風カバーを設置したとし
ても、トンネル微気圧波の増大を抑制することが可能と
なる。依って本発明は、新幹線等の高速で走行する列車
の短編成化を実現できる。また本発明の防風カバーは、
一方のスロープ部だけ断面積変化率を小さくしたので、
車両の端部寄りへ設置することができ、従って、集電装
置の位置を台車直上付近から移動させる必要がないとい
う利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る防風カバーの第１の実施形態を
示す斜視図である。

【図２】 本発明に係る防風カバーを設置した５両編成
の列車を示す概略側面図である。

【図３】 本発明に係る防風カバーの第２の実施形態を
示す斜視図である。

【図４】 本発明に係る防風カバーの第３の実施形態を
示す一部切欠斜視図である。

【図５】 トンネル入口に設置される緩衝工の一例を示
す斜視図である。

【図６】 緩衝工を設置したトンネルに列車が進入した
ときのトンネル本坑内における圧力変動状況を説明する
グラフである。

【図７】 従来の列車編成の一例を示す概略側面図であ
る。

【符号の説明】

１０…防風カバー １１…スロープ部（進行方向前側）
１２…スロープ部（進行方向後側） １３…側壁部
１４…切欠 １５…キャビティ １６…水平部 １７…遮音壁 Ａ…列車 ａ₁ ，ａ₂ …端部車両 Ｑ…
集電装置 ｈ…ホーン部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両屋根に設置され集電装置の周囲を取
   り囲む防風カバーであって、車両進行方向に沿って延び
   る前後のスロープ部と集電装置の左右に位置する側壁部
   とから成り、前記スロープ部の最大高さ寸法が集電装置
   を支持する碍子部分の高さ寸法と同程度に設定され、前
   記スロープ部の前後方向に対して垂直方向の断面積の変
   化率がほぼ一定に設定され、一方のスロープ部の断面積
   変化率の値は他方のスロープ部の断面積変化率の値より
   小さく設定されていることを特徴とする集電装置の防風
   カバー。
2. 【請求項２】 前記防風カバーは、外表面のほぼ全体が
   連続する湾曲面に形成されている請求項１に記載する集
   電装置の防風カバー。
3. 【請求項３】 前記スロープ部は、幅寸法及び勾配がほ
   ぼ一定の傾斜平面に形成され、断面積の変化率が大きい
   方のスロープ部の勾配が１０〜２０度の範囲に設定さ
   れ、もう一方のスロープ部の勾配は上記スロープ部の勾
   配より小さく設定されている請求項１に記載する集電装
   置の防風カバー。
4. 【請求項４】 車両屋根に設置するに際し、断面積変化
   率が小さく形成されている方のスロープ部が、列車端部
   に近い方となるように設定されている請求項１乃至３の
   いずれかに記載する集電装置の防風カバー。