JP2005137038A

JP2005137038A - 集電舟体

Info

Publication number: JP2005137038A
Application number: JP2003366848A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sugimura; 和之杉村; Kiyoshi Morita; 潔森田; Takahiro Choya; 貴裕眺野; Morishige Hattori; 守成服部; Katsushi Hashimoto; 克史橋本; Takeshi Kurita; 健栗田
Original assignee: Hitachi Ltd; East Japan Railway Co
Current assignee: Hitachi Ltd; East Japan Railway Co
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-05-26
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: JP4491562B2; EP1527942A1

Abstract

【課題】カルマン渦に起因したエオルス音を低減する構造を持つ集電舟体を備えた集電装置を提供する。
【解決手段】移動車両の屋根に設置される集電装置において、移動車両の進行方向に対して前後の面にそれぞれ少なくとも一つの通気孔６，７を設け、任意の前側通気孔６と少なくとも一つの後側通気孔７とを空気管路８で連結した集電舟体１を備えた集電装置。集電舟体１前後に開けた通気孔６，７とこれらを結ぶ通気流路８により、集電舟体１の後方に空気流を噴出させる。噴出空気により、カルマン渦強度を低減するとともに、カルマン渦の構造を破壊し、エオルス音を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動車両の屋根に設置される集電装置に係り、特に、集電舟体の騒音を低減する構造に関する。

集電装置の構成要素の一つであるホーンに関して、流れ方向に開口する通気孔を設け、ホーン後流のカルマン渦に起因するエオルス音を低減する構造が知られている(例えば、特許文献１参照)。

多孔質部材で形成した集電舟体または中空構造に形成した集電舟体の上下面に複数の通気孔を設け、空力音を低減する技術が提案されている(例えば、特許文献２参照)。

特開平８−０６５８０７号公報 (第２，３頁図１，図１１) 特開平６−３１１６０５号公報 (第３，４頁図１〜図８)

特許文献１においては、ホーンからの空力音は低減できる。しかし、他の部位からの空力音を低減できない。

集電舟体は、電力供給用架線と接し続けなければならないので、揚力変動が少ないことが望まれる。圧力変動を抑制するには、断面形状に一定の制約が課せられる。したがって、集電舟体の断面外形を自由に整形してエオルス音を低減することは困難である。

ホーン外の部位からの空力音は、車両の移動速度が増加するにつれて顕著になるので、高速移動車両においては、ホーンよりも集電舟体の空力音低減が重要な課題となる。

特許文献２においては、集電舟体上部には架線と接する摺り板を配置するので、集電舟体の上下面に複数の通気孔を設ける場合、その分集電舟体を大きくする必要がある。また、架線と摺り板との摩擦によって削られた粉体が、上下面の通気孔を詰まらせてしまう場合がある。さらに、集電舟体上下面は通常速い流れが存在し、そのような部位に設けられた通気孔は、新たな騒音源となる。

特に、集電舟体内部に内容物を含む場合、集電舟体内部構造を自由には決定できないので、空力音の低減効果が小さくなってしまう。

本発明の目的は、移動車両の集電装置からの空力音，特に，主要音源となるカルマン渦に起因したエオルス音を低減する構造を持つ集電舟体を備えた集電装置を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、移動車両の屋根に設置される集電装置において、前記移動車両の進行方向に対して前後の面にそれぞれ少なくとも一つの通気孔を設け、任意の前側通気孔と少なくとも一つの後側通気孔とを空気管路で連結した集電舟体を備えた集電装置を提案する。

本発明は、また、内部に通気性の無い内容物または通気性を嫌う内容物を収納した集電舟体を有し移動車両の屋根に設置される集電装置において、前記移動車両の進行方向に対して前後の面にそれぞれ少なくとも一つの通気孔を設け、前記内容物の周囲に迂回空気管路を設け、任意の前側通気孔と少なくとも一つの後側通気孔とを前記迂回空気管路で連結した前記集電舟体を備えた集電装置を提案する。

本発明は、さらに、移動車両の屋根に設置される集電装置において、集電舟体外に空気源を設置し、車両の進行方向に対して下流となる側の面に通気孔を設け、前記通気孔と前記空気源とを空気管路で連結した集電舟体を備えた集電装置を提案する。

本発明によれば、集電舟体表面に空気主流方向前後に連結して開けられた通気孔から、または、集電舟体の内容物を避ける迂回流路を介して結合される通気孔から、集電舟体の後流に噴流を放出し、カルマン渦の元となる速度せん断を弱め、カルマン渦強度を低減するとともに、カルマン渦の巻き上がり位置を後方に移動させる。

また、通気孔の離散的配置や通気流路の非対称性から引き起こされる噴流の非一様性によって、カルマン渦の２次元的な構造を破壊できる。

以上の諸現象の複合作用により、集電舟体からのエオルス音を低減できる。さらに、カルマン渦を弱めた結果、集電舟体の揚力変動を小さくし、離線を防いで集電性能を向上させることができる。

次に、図１〜図６を参照して、本発明による集電装置の実施形態を説明する。

実施形態１

図１は、本発明による集電装置における集電舟体の外観を示す斜視図である。

集電舟体１は、集電舟体支持部材２により、集電装置本体３に結合されている。集電装置本体３は、ここでは楕円状の構造体として示されているが、本発明はこの形状には限定されない。ここでは図示していないが、集電舟体端面４の先には、通常、架線案内用のホーンが取り付けられる。

空気主流５は、移動車両に対向する方向に流れる。すなわち、移動車両が紙面の奥側から手前側に走行すると、空気主流５は、紙面の手前側から奥側に向かって流れる。集電舟体１は、基本的に、その長手方向が空気主流５を横断するように置かれる。

集電舟体１の表面には、空気主流５が衝突する前側通気孔６と、集電舟体後流に位置する後側通気孔７とが、それぞれ少なくとも一つ設けられている。車両の進行方向が逆転すると、前側通気孔６と後側通気孔７との機能は反転する。

図１では、前側通気孔６と後側通気孔７とが、長手方向の同一位置に同一数だけ設けられている。前側通気孔６と後側通気孔７とは、位置や数が異なってもよい。

また、通気孔６，７を集電舟体の前面と後面とに設ける際に、高さ方向に複数個設けてもよい。

集電舟体１の内部には、任意の前側通気孔６と後側通気孔７とを結合する通気流路８が形成されている。それぞれの通気流路８は、前側通気孔６と後側通気孔７とを一対一で連結している。

それぞれの通気流路８は、複数の前側通気孔６と後側通気孔７とを結合してもよい。通気流路８は、共鳴を防ぐなどのために、断面積を変化させたり、吸音材を挿入したりしてもよい。

なお、集電舟体１の通気流路８と同様の構造を、集電舟体支持部材２にも、通気流路９として設けてもよい。

本発明により集電舟体１のエオルス音が低減される仕組みについて説明する。

集電舟体１の前側には、空気主流５が衝突し澱むので、圧力が上昇する。一方、集電舟体１の後側は、後流の剥離域内に存在するから、低圧となっている。したがって、通気孔６と通気孔７と間に圧力差が生じ、前側から後側に向かう管路流れが誘起される。集電舟体１後側の通気孔７から出た管路流れは、噴流１０となり、剥離流れに運動量を与える。

図２は、集電舟体１の長手方向に垂直な断面図であり、通気管路２１を持つ集電舟体２２の後流を説明するための模式図である。

図２の矢印は、平均的な流れを示している。噴流２３の上下には、空気主流域と剥離域との境に、それぞれ速度せん断層２４，２５が存在する。なお、音波の腹２７は、上向きに放射されるエオルス音の音波が伝播していく様子を示す。

噴流２３が無い場合に比べると、噴流２３がある場合は、噴流２３によって後流に運動量が与えられるので、速度せん断層２４，２５における速度勾配が緩和される。

この不安定な速度せん断層２４，２５が巻き上がり、最終的には上下で交互に放出され、カルマン渦２６となるから、速度せん断層２４，２５における速度勾配が噴流２３によって小さくなると、カルマン渦２６の強度を低減できる。

また、速度せん断層２４，２５が巻き上がるまでに時間がかかるようになるので、カルマン渦２６の形成位置が後方にずれる。

交互に放出されるカルマン渦２６は、集電舟体２２の表面に圧力変動を誘起する。この圧力変動が、エオルス音の発信源となっているので、噴流２３を出すと、圧力変動が少なくなり、エオルス音を低減できる。

さらに、図１に示したように、通気孔６，７を離散的に配置すると、集電舟体１の長手方向に間欠的な噴流を放出させることができる。

図２において、カルマン渦２６が巻き上がるタイミングが長手方向でずれると、エオルス音２７の位相が集電舟体１の長手方向でずれ、合成波としての音の放射効率が下がる。

以上の諸現象の複合作用により、実施形態１の集電舟体１からのエオルス音を低減できる。

ところで、集電舟体１の表面における圧力変動を低減すると、集電舟体１の揚力変動が少なくなるから、集電舟体１が架線から離線しにくくなり、集電性能を確保できる利点もある。

さらには、集電舟体１の前側通気孔６の離散的配置が、次のような新たな効果を生む。長手方向に澱みの状態が変化するので、それらの境目において、擾乱や縦渦１１が形成され、境界層が乱流となり、縦渦の混合効果が生じ、集電舟体１における流れの剥離を抑制する。

付着して剥離しにくい流れとは、表面圧力変動を抑制できる流れであり、騒音の低減や揚力変動の抑制に有効である。

実施形態２

移動車両においては、架線高さが変動するために、架線と触れ合う摺り板の高周波の変位変動を吸収する振動吸収体を集電舟体１に備える場合がある。

このように集電舟体１に内容物がある場合、図１に示したような直接的通気流路を形成できない。

図３は、内容物がある集電舟体を上から見た断面図である。

実施形態２においては、摺り板等の内容物３１を取り囲む迂回流路３２を設置し、その迂回流路３２と集電舟体前後に形成した通気孔３３とを連結する。

図３に示した迂回流路３２は、内容物３１を一周して閉じるループ形状となっている。この迂回流路３２は、ループではなく、途中で何カ所か切れていてもよい。

実施形態２においても、実施形態１の図１および図２で述べた原理と同様に、空気主流方向３４に対して噴流３５が発生し、エオルス音を低減できる。

しかも、迂回流路３２の構造を採用すると、通気孔３３の位置によって、前後の通気孔間の流路抵抗がそれぞれ異なるので、噴流３５の強度が長手方向で変化し、噴流が自動的に非一様になる。その結果、長手方向のカルマン渦の構造をより強力に破壊できる。

また、迂回流路３２を別に設けると、内容物３１を埃などから隔離でき、集電装置を保守しやすくなる。

集電舟体１の外観は、実施形態１の場合と似ているから、上記擾乱や縦渦１１が形成され、境界層が乱流となり、縦渦の混合効果が生じ、集電舟体１における流れの剥離を抑制する。

なお、集電舟体１についての図３の構成は、集電舟体支持部材２にも適用可能である。例えば、導電ケーブルなどの内容物を迂回するために、支持部材２を二重円管にして、内側円管にケーブルを入れ、内側円管と外側円管との隙間を空気流路にすることができる。

実施形態３

図４は、集電舟体１の長手方向に垂直な断面図である。

図３の実施形態が内容物３１を左右に避ける形態を持つのに対し、本実施形態では、内容物を下側で迂回する。

弾性体４１で支持された摺り板４２を内包する集電舟体４３において、これら内容物を避けて集電舟体４３の下側を通る迂回流路４４を設けてある。

空気主流４５の一部は、前側通気孔４６から迂回流路４４に導入され、後側通気孔４７から噴流４８となって放出される。

本実施形態では、流路幅分だけ集電舟体厚みを増加してしまうが、図３の実施形態よりも流路長を短くし、流路抵抗を減らすことができ、同じ差圧でも噴流の量を強めることができる。したがって、エオルス音の低減効果が増大する。

図５は、図４の集電舟体の通気流路を示す平断面図である。図５は、３種類の通気流路形状の例をまとめて示している。いずれの例も、内容物の下側を迂回する流路を採用している。

空気主流５２は、集電舟体５１に対して、矢印で示すように流れる。通気流路５３は、前側通気孔と後側通気孔とを一対一で連結する。ここでは、通気流路５３の断面形状は限定されない。

次に、通気流路５４は、隣接する通気流路を途中で相互に結合して空間を一部共有させる流路である。

図５では、結合させる位置を同じとして描いてあるが、位置がずれていてもよい。このようにお互いの流路を結合すると、集電舟体５１を軽量化するとともに、管路共鳴を回避できる。

次に通気流路５５は、通気流路５４を極端にした例であり、完全に共有化された空間５６を備え、その空間に対して集電舟体前後に通気孔を開けてある。

このようにすると、管路の共鳴を抑制できるととともに、流路抵抗が小さくなり、噴流強度が増加する。

実施形態４

図６は、本発明による集電装置の集電舟体の長手方向に垂直な断面図である。

空気主流６１に対して、集電舟体６２には、上記実施形態と同様に、前側通気孔６３と後側通気孔６４とを設けてある。

本実施形態４において、通気孔６３と通気孔６４とは、直結されておらず、輸送管路６６を介して、集電舟体６２の外部に設けられた空気源６５と連結されている。空気源６５から供給される気体は、噴流６７として噴出される。

空気源６５としては、例えば、空気圧縮機などの機械要素や、集電舟体６２の前側通気孔６３に似た空気取り入れ口であって、集電舟体１外の車両の一部に設置された空気取り入れ口などが考えられる。

本実施形態４によれば、噴流の量を集電舟体６２の大きさと無関係に制御できるので、エオルス音低減に大きな効果が得られる。また、噴流量を制御可能な空気源６５を用いる場合は、車両の移動速度や周囲環境に合わせた能動的な騒音抑制制御が可能である。

本発明による集電装置における集電舟体の外観を示す斜視図である。図１の集電舟体の長手方向に垂直な断面図であり、通気管路２１を持つ集電舟体２２の後流を説明するための模式図である。内容物がある集電舟体を上から見た断面図である。集電舟体１の長手方向に垂直な断面図である。図４の集電舟体の通気流路を示す平断面図である。本発明による集電装置の集電舟体の長手方向に垂直な断面図である。

符号の説明

１集電舟体
２集電舟体支持部
３集電装置本体
４集電舟体端面
５空気主流
６前側通気孔
７後側通気孔
８通気流路
９集電舟体支持部の通気流路
１０噴流
１１擾乱または縦渦
２１通気流路
２２集電舟体
２３噴流
２４集電舟体上側の速度せん断層
２５集電舟体下側の速度せん断層
２６カルマン渦
２７エオルス音
３１集電舟体内容物
３２迂回流路
３３通気孔
３４空気主流
３５噴流
４１弾性体
４２摺り板
４３集電舟体
４４通気流路
４５空気主流
４６前側通気孔
４７後側通気孔
４８噴流
５１集電舟体
５２空気主流
５３通気流路の例１
５４通気流路の例２
５５通気流路の例３
５６共有空間
６１空気主流
６２集電舟体
６３前側通気孔
６４後側通気孔
６５外部空気源
６６輸送管路
６７噴流

Claims

移動車両の屋根に設置される集電装置において、
前記移動車両の進行方向に対して前後の面にそれぞれ少なくとも一つの通気孔を設け、任意の前側通気孔と少なくとも一つの後側通気孔とを空気管路で連結した集電舟体を備えたことを特徴とする集電装置。
内部に通気性の無い内容物または通気性を嫌う内容物を収納した集電舟体を有し移動車両の屋根に設置される集電装置において、
前記移動車両の進行方向に対して前後の面にそれぞれ少なくとも一つの通気孔を設け、前記内容物の周囲に迂回空気管路を設け、任意の前側通気孔と少なくとも一つの後側通気孔とを前記迂回空気管路で連結した前記集電舟体を備えたことを特徴とする集電装置。
移動車両の屋根に設置される集電装置において、
集電舟体外に空気源を設置し、
車両の進行方向に対して下流となる側の面に通気孔を設け、前記通気孔と前記空気源とを空気管路で連結した集電舟体を備えたことを特徴とする集電装置。