JPH0622406A - 鉄道車両用集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】走行時に発生する空力音の低い鉄道車両用集電
装置の提供。 【構成】摺板４ａが昇降自在なパンタグラフ１を備え、
パンタグラフ１はカバー１１の内部に収納され、カバー
１１は柱体部１５と柱体部１５の上端に接合する膨出上
部１６とを備え、膨出上部１６は前後端１６ａ，１６ｂ
から中央へ行く程に幅Ｗ２が連続的に拡大する形状とさ
れ、柱体部１５は前後端１５ａ，１５ｂから中央へ行く
程に幅Ｗ１が連続的に拡大する形状とされ、膨出上部１
６の上面側に摺板４ａが突出できる開口部１７が開設さ
れたこと。 【効果】車両走行時に発生する相対的な空気流を、柱体
部及び膨出状部の各前端で掻き分け、柱体部及び膨出状
部の各外表面に沿わせるように円滑に流すことができ、
更に空気流れと衝突するパンタグラフの露出部分が少な
くできる。その結果、本発明は、発生する空力音を低く
することが可能となり、鉄道車両の高速化に伴い生じる
騒音対策に対応できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気式鉄道車両の屋根
に設けられ、トロリ線から電気を取り入れるための鉄道
車両用集電装置の改良に関するものであって、車両走行
中に発生する空力音の低減に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道車両用集電装置を代表するも
のとしては、図１１に示す如く、パンタグラフ１があ
る。このパンタグラフ１は、ベース部２と、ベース部２
の左右両側に連結した枠組管３の二組と、枠組管３，３
の上端に連結した摺板体４と、摺板体４の両端から外側
へ突出したホーン６，６とを備えている。枠組管３，３
は、下枠組管３ｂと上枠組管３ａとを連結したものであ
り、斜管５，５で連結されている。摺板体４は、摺板４
ａ，４ａが取り付けてある。ホーン６，６は、電車線路
の分岐点（ポイント箇所）の上方に設けられた渡り線装
置（図示省略）を案内するものである。パンタグラフ１
は、全体幅Ｗ４（例えば、Ｗ４＝１，８８０ｍｍ）で、
摺板体４が幅Ｗ３（例えば、Ｗ３＝１，１１０ｍｍ）で
ある。

【０００３】このパンタグラフ１は、図示は省略した
が、鉄道車両の屋根に碍子を介して配設され、摺板４
ａ，４ａをトロリ線に接触させて集電を行う。パンタグ
ラフ１及び碍子は、車両走行中に走行速度に応じた空気
が当たって空力音を発生する。この空力音は、車両走行
速度が高速になるに伴い増大し、騒音の原因となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、鉄道沿線に
及ぼす騒音対策は、鉄道車両の高速化に伴い生じる必須
の課題である。この騒音対策の一つである集電装置の空
力音の低減は、極めて重要な事項である。しかし、従来
の集電装置は、ベース部２，枠組管３，３及び碍子等の
多くの部材で空気を切るため、空力音を低減させること
が非常に困難である。

【０００５】本発明は、上記問題を解決するために、走
行時に発生する空力音の低い鉄道車両用集電装置の提供
を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【０００６】本発明が採用した第１の手段は、摺板が昇
降自在なパンタグラフを備えた鉄道車両用集電装置にお
いて、パンタグラフはカバーの内部に収納され、このカ
バーは柱体部とこの柱体部の上端に接合する膨出上部と
を備え、膨出上部は前後端から中央へ行く程に幅が連続
的に拡大する形状とされ、柱体部は前後端から中央へ行
く程に幅が連続的に拡大する形状とされ、膨出上部の上
面側に前記摺板が突出できる開口部が開設されたことで
ある。前記膨出上部及び前記柱体部は、夫々の平面外形
が、前後方向に長い楕円形状若しはこの楕円形状に近似
する形状又は円形状若しは円形に近似する形状とするこ
とがある。

【０００７】本発明が採用した第２の手段は、前記第１
の手段において、前記柱体部が上下方向へ伸縮自在とさ
れ、柱体部を伸縮させる伸縮操作具が前記カバーの内部
に内蔵され、前記摺板の昇降量に柱体部の伸縮量が追従
するように伸縮操作具を制御する制御具が備えられたこ
とである。

【０００８】

【作用】第１の手段にあっては、電気式鉄道車両の屋根
に配設されると、膨出上部の開口部から突出する摺板を
トロリ線に接触させて集電することができる。膨出上部
及び柱体部は、夫々の前後端から夫々の中央へ行く程に
幅が連続的に拡大する形状であるため、車両走行時に発
生する相対的な空気流を、夫々の前端で掻き分け、夫々
の外表面に沿わせるように案内する。従って、空気流が
膨出上部及び柱体部の外表面上を円滑に流れるため、空
力音は小さい。集電中のパンタグラフは、膨出上部の開
口部から突出した摺板等を除いて、カバーの内部に収納
されている。そのため、カバーの内部に収納されている
パンタグラフの部分は、車両走行時に発生する相対的な
空気流と衝突しないため、空力音を発生させることはな
い。

【０００９】第２の手段にあっては、トロリ線の高低等
により摺板が昇降すると、制御される伸縮操作具の操作
により柱体部の伸縮量が摺板の昇降量に追従し、同時に
膨出上部も摺板の昇降に追従して昇降する。そのため、
膨出上部から突出する摺板の突出寸法を一定量に制御す
ることが可能となり、空気流と衝突するパンタグラフの
部分を少なくすることができる。

【００１０】

【実施例】

（第１実施例）図１乃至図３は本発明装置（以下、「本
発明装置」という）の第１実施例を示すものであり、図
１は平面図、図２は図１のイ−イ線で部分断面した側面
断面図、図３は図１のロ−ロ線で部分断面した正面断面
図である。なお、以下の説明において、前方向は車両の
進行方向（矢符Ａ方向）に沿う方向であり、左右方向は
前方向に直行する方向（矢符Ｂ方向）に沿う方向をい
う。

【００１１】本実施例に係る本発明装置１０は、パンタ
グラフ１と、パンタグラフ１を内部に収納するカバー１
１とを備えている。パンタグラフ１は、鉄道車両８の屋
根８ａ（図２及び図３参照）に、基盤１３を介し又は介
することなく碍子１２，１２…を用いて配設される。

【００１２】カバー１１は、柱体部１５と、柱体部１５
の上端に接合する膨出上部１６とを備えており、基盤１
３を介し又は介することなく鉄道車両８の屋根８ａに配
設される。柱体部１５，膨出上部１６及び基盤１３は、
それら要部が繊維強化合成樹脂等の絶縁素材で成形され
ている。

【００１３】上記柱体部１５は、平面外形（図１中に破
線で示す形状）が楕円又は楕円に近似する形状に形成さ
れ、前後端１５ａ，１５ｂから中央へ行く程に幅Ｗ１を
連続的に拡大するようにしてあり、中央で幅Ｗ１が最大
（例えば、Ｗ１（ｍａｘ）＝１，０００ｍｍ）となり、
前後長さＬ１（例えば、Ｌ１＝１，８００ｍｍ）とな
る。前後長さＬ１は、最大幅Ｗ１（ｍａｘ）の１．５３
倍乃至２．０倍とするのが空力音を低減する観点から好
ましい。

【００１４】前記膨出上部１６は、平面外形（図１中に
実線で示す形状）が楕円又は楕円に近似する形状に形成
され、前後端１６ａ，１６ｂから中央へ行く程に幅Ｗ２
を連続的に拡大するようにしてあり、中央で幅Ｗ２が最
大（例えば、Ｗ２（ｍａｘ）＝１，８００ｍｍ）とな
り、前後長さＬ２（例えば、Ｌ２＝３，３００ｍｍ）と
なる。前後長さＬ２は、最大幅Ｗ２（ｍａｘ）の１．５
３倍乃至２．０倍とするのが空力音を低減する観点から
好ましい。

【００１５】また、前記膨出上部１６は、柱体部１５と
接続された領域における任意で断面した側面断面形状
（図２参照）が、偏平の楕円又は楕円に近似する形状の
一部で形成されている。また、膨出上部１６は、柱体部
１５と接続された以外の領域における任意で断面した側
面断面形状が、偏平の楕円又は楕円に近似する形状（同
図中の一点鎖線参照）で形成されている。

【００１６】更に、前記膨出上部１６は、その上面の中
央寄りに左右方向（矢符Ｂ方向）へ長い開口部１７が開
設され、カバー１１の開口部１７を介して前記パンタグ
ラフ１の摺板体４，ホーン６及び上枠組管３ａが突出で
きるようになっている。膨出上部１６は、開口部１７の
周辺の形状（図３参照）が、左右両側面１６ｃ，１６ｃ
を半円（例えば、半径Ｒ２＝２５０ｍｍ）で且つ上下面
１６ｄ，１６ｅを平坦状に形成されるか、又は放物線形
状に近似する形状（図示は省略）に形成され、高さＨ２
（例えば、Ｈ２＝５００ｍｍ）としてある。また、膨出
上部１６は、上記中央寄りを除いた領域の正面断面形状
が、偏平の楕円若しは楕円に近似する形状の全部（同図
の一点鎖線参照）又はこの形状の一部で形成されてい
る。

【００１７】前記の如く構成した本発明装置１０は、鉄
道車両８の屋根８ａに配設されると、カバー１１の開口
部１７からパンタグラフ１の上端側を突出させて、摺板
４ａ，４ａをトロリ線７に接触させて集電することがで
きる。鉄道車両８が高速走行するとき、パンタグラフ１
は図２中の実線に示す位置で多少昇降する。なお、パン
タグラフ１は、同図中二点鎖線で示す高さまで上昇させ
ることができる。

【００１８】柱体部１５及び膨出上部１６は、夫々の前
後端１５ａ，１５ｂ（１６ａ，１６ｂ）から夫々の中央
へ行く程に幅Ｗ１，Ｗ２が連続的に拡大する形状である
ため、車両走行時に発生する相対的な空気流Ｆ（図１及
び図２参照）を、夫々の前端又は後端（鉄道車両８の進
行方向が矢符Ａ方向と逆の場合）で掻き分け、夫々の外
表面に沿わせるように案内する。従って、空気流が膨出
上部１６及び柱体部１５の外表面上を円滑に流れるた
め、発生する空力音が小さい。

【００１９】パンタグラフ１は、膨出上部１６の開口部
１７から突出したパンタグラフ１の上端部分を除いて、
カバー１１の内部に収納されている。そのため、カバー
の内部に収納されているパンタグラフ１の部分は、車両
走行時に発生する相対的な空気流Ｆと衝突しないため、
空力音を発生させることはない。更に、膨出上部１６の
開口部１７から突出したパンタグラフ１の上端部分は、
非常に少なくできるので、発生する空力音も小さくな
る。

【００２０】（第２実施例）図４は本発明装置の第２実
施例の平面図を示すものである。本実施例に係る本発明
装置２０が前記第１実施例と相違する所は、カバー２１
を形成する柱体部２５及び膨出上部２６の平面形状であ
る。この相違以外は、前記第１実施例と実質的に同一で
あり、同一符号は同一の構成を示す。

【００２１】柱体部２１は、平面外形が円又は円に近似
する形状に形成されている。膨出上部２６は、平面外形
が円又は円に近似する形状に形成されている。膨出上部
２６は、側面外形（図示省略）が柱体部２１との接合域
を除き偏平状であり、外周縁部を半円で且つ上下面を平
坦状に形成してある。

【００２２】（第３実施例）図５は本発明装置の第３実
施例の側面部分断面図を示すものである。本実施例に係
る本発明装置３０が前記第１実施例と相違する所は、カ
バー３１を形成する柱体部３５が上下方向へ伸縮自在と
され、柱体部３５を伸縮させる伸縮操作具４０，４０及
び制御具４１がカバー３１に内蔵されていることであ
る。

【００２３】上記柱体部３５は、上部３８と下部３９を
伸縮自在に嵌合したものであり、上部３８が膨出上部１
６に接合され、下部３９が基盤１３に接合されている。
柱体部３５は、上部３８と下部３９との嵌合量を調整す
ることにより、その高さ寸法Ｈ１が変化（例えば、Ｈ１
＝６００〜１，２００ｍｍ）する。

【００２４】前記伸縮操作具４０は、油圧シリンダ又は
サーボモータを内蔵したスクリュージャッキ等からな
り、下端４０ａが基盤１３を介し又は介することなく柱
体部３５の下部３９に連結され、伸縮する出力端である
上端４０ｂがブラケット４２を介し又は介することなく
上部３８又は膨出上部１６に連結されている。

【００２５】前記制御具４１は、検出器４４と制御回路
４５とかなる。検出器４４は、パンタグラフ１の摺板４
ａの位置を直接又は間接的に検出するように膨出上部１
６に取り付けられている。検出器４４の検知方式は、パ
ンタグラフ１の適所に検知子を接触させる接触式又はパ
ンタグラフ１の適所を光等で検知する非接触式が適宜選
択される。制御回路４５は、摺板４ａの昇降量に柱体部
３５の伸縮量が追従するように伸縮操作具４０，４０を
制御するように回路構成されている。

【００２６】前記制御具４１は、トロリ線７の高低等に
よりパンタグラフ１の摺板４ａが昇降しても、摺板４ａ
の昇降に追従して膨出上部１６を昇降させ、膨出上部１
６から突出する摺板４ａの突出寸法Ｈ３を一定量に制御
し、空気流と衝突するパンタグラフ１の部分を常に少な
くする。従って、制御具４１は、パンタグラフ１が空気
流と衝突して発生させる空力音を、常に小さく維持させ
ることができる。

【００２７】本実施例にあっては、制御具４１で膨出上
部１６から突出する摺板４ａの突出寸法Ｈ３を一定量に
制御するため、パンタグラフ１のホーン６の代用となる
部分を膨出部１６に形成して、ホーン６を省略すること
も可能である。

【００２８】（その他の実施例）前記第３実施例（図５
参照）における柱体部３５及び膨出上部１６は、図示は
省略したが、それら平面外形を第２実施例（図４参照）
の如く円又は円に近似する形状に変更することも可能で
ある。

【００２９】更に、前記第３実施例（図５参照）におけ
る柱体部３５は、図示は省略したが、その伸縮構造を蛇
腹構造に変更することも可能である。即ち、柱体部は、
その一部又は全部を伸縮自在な蛇腹で形成すると共に残
部を剛性部で形成し、その高さ寸法Ｈ１を調整できるよ
うにする。蛇腹部及び剛性部は、平面外形を、楕円若し
は楕円に近似する形状又は円若しくは円に近似する形状
に形成する。

【００３０】（試験及び結果）本発明者は、本発明装置
の発生する空力音（騒音）が従来のパンタグラフの発生
する空力音に比べて小さいことを確認するために、下記
の試験条件で試験を行い次の如き試験結果を得た。

【００３１】（１）試験用模型の条件 従来のパンタグラフ又は本発明装置に対応する各試験用
模型は、いずれもが実物の１／１０にスケールダウンし
て形成されており、スケールダウン後の各寸法が次の通
りとなっている。そして、本発明装置に対応する各試験
用模型は、図６に示す如く、膨出上部１６（２６）の上
面から突出する摺板に相当するものとして棒状体５４を
用い、この棒状体５４を膨出上部１６（２６）の上面の
中央に接合した。従来のパンタグラフ（図１１参照）に
対応する試験用模型においては、Ｗ３は１１０ｍｍ、Ｗ
４は１８８ｍｍである。本発明装置の第１実施例に対応
する試験用模型（図１及び図６参照）においては、Ｗ１
（ｍａｘ）は１００ｍｍ、Ｌ１は１８０ｍｍ、Ｈ１は１
２０ｍｍ、Ｗ２（ｍａｘ）はＩ８０ｍｍ、Ｌ２は３３０
ｍｍ、Ｒ２は２５ｍｍ、Ｈ２は５０ｍｍ、Ｗ４は１２８
ｍｍ、Ｈ３は１０ｍｍ、Ｌ４は２８ｍｍ、Ｒ４は１５ｍ
ｍである。本発明装置の第２実施例に対応する試験用模
型（図４及び図６参照）においては、Ｄ１は１００ｍ
ｍ、Ｄ２は１８０ｍｍ、Ｈ１は１２０ｍｍ、Ｈ２は５０
ｍｍ、Ｗ４は１２８ｍｍ、Ｈ３は１０ｍｍ、Ｌ４は２８
ｍｍ、Ｒ４は１５ｍｍである。

【００３２】（２）空気の吹き付け装置及び測定の条件 空気の吹き付け装置は、４５０ｍｍ角の空気吐出口を備
え、空気吐出口から吹き出し前方へ７００ｍｍ離れた所
に模型取付位置を設けてある。空力音を測定するマイク
ロホンは、模型取付位置の中心から真上に２５００ｍｍ
の位置（以下、「測定位置１」という）と、模型取付位
置の中心から水平外側に２５００ｍｍの位置（以下、
「測定位置２」という）に夫々設けてある。吹きつける
空気の流速は、実車想定速度（３６０Ｋｍ／ｈ）の１／
２となるように、空気吐出口で１８０Ｋｍ／ｈ（５０ｍ
／ｓ）としてある。

【００３３】（３）試験結果 図７乃至図１０は、試験結果である１／３オクターブバ
ンド分析結果を示すものであり、横軸は１／３オクター
ブバンド中心周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は１／３オク
ターブバンド音圧レベル（ｄＢ）である。図７乃至図１
０の図中において、〇印は測定位置１での結果を示し、
また×印は測定位置２での結果を示している。図７は模
型取付位置に試験用模型を取り付けない状態での暗騒音
の測定結果を示すものである。図８は模型取付位置に従
来のパンタグラフに対応する試験用模型を取り付けた状
態での測定結果を示すものである。図９は模型取付位置
に本発明装置の第１実施例に対応する試験用模型を取り
付けた状態での測定結果を示すものである。図１０は摸
型取付位置に本発明装置の第２実施例に対応する試験用
模型を取り付けた状態での測定結果を示すものである。

【００３４】（４）試験結果の検討 各試験用模型を実物の１／１０にスケールダウンし、吹
きつけ空気の流速を実車想定速度の１／２としてあるの
で、下記の数１を適用して、実車の場合の周波数（ｆ
ｒ）は試験用模型の場合の周波数（ｆｍ）の１／５とな
る。従って、空力音（騒音）の評価は、実車の場合が４
００〜４，０００Ｈｚなので、試験用模型の場合は２，
０００〜２０，０００Ｈｚに着目して評価すればよい。

【数１】 なお、数１において、ｆｒは実車の場合の周波数、ｆｍ
は試験用模型の場合の周波数、Ｌｍ／Ｌｒは実車に対す
る試験用模型のスケール、Ｖｒは実車の場合の空気の流
速、Ｖｍは試験用模型の場合の空気の流速である。

【００３５】図８乃至図１０に示す測定結果から明らか
なように、２，０００〜２０，０００Ｈｚにおける空力
音は、本発明装置（図９及び図１０）が従来のパンタグ
ラフ（図８）に比べて飛躍的に小さい。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述の如く、本発明は次の如き優れ
た効果を有する。 請求項１乃至３に記載の発明は、車両走行時に発生す
る相対的な空気流を、柱体部及び膨出状部の各前端で掻
き分け、柱体部及び膨出状部の各外表面に沿わせるよう
に円滑に流すことができ、更に空気流れと衝突するパン
タグラフの露出部分が少なくできる。その結果、本発明
は、発生する空力音を低くすることが可能となり、鉄道
車両の高速化に伴い生じる騒音対策に対応できる。

【００３７】請求項４に記載の発明は、パンタグラフ
が昇降しても、膨出上部から突出するパンタグラフの突
出寸法を一定量に制御し、空気流と衝突するパンタグラ
フの露出部分を常に少なくできる。その結果、本発明
は、発生する空力音を、常に小さく維持させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の第１実施例における平面図であ
る。

【図２】図１のイ−イ線で部分断面した側面断面図であ
る。

【図３】図１のロ−ロ線で部分断面した正面断面図であ
る。

【図４】本発明装置の第２実施例における平面図であ
る。

【図５】本発明装置の第３実施例における部分断面した
側面断面図である。

【図６】本発明装置に対応する試験用模型を示すもので
あり、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は（Ａ）図のハ−ハ
線における断面図である。

【図７】試験用模型を取り付けない状態での暗騒音の測
定結果を示すものである。

【図８】従来のパンタグラフに対応する試験用模型を取
り付けた状態での測定結果を示すものである。

【図９】本発明装置の第１実施例に対応する試験用模型
を取り付けた状態での測定結果を示すものである。

【図１０】本発明装置の第２実施例に対応する試験用模
型を取り付けた状態での測定結果を示すものである。

【図１１】従来のパンタグラフを示す斜視図である。

【符号の説明】

１…パンタグラフ ４ａ…摺板 １５（２５，３５）…柱体部 １６（２６）…膨出上部 １７…開口部 ４０…伸縮操作具 ４１…制御具

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摺板が昇降自在なパンタグラフを備えた
   鉄道車両用集電装置において、パンタグラフはカバーの
   内部に収納され、このカバーは柱体部とこの柱体部の上
   端に接合する膨出上部とを備え、膨出上部は前後端から
   中央へ行く程に幅が連続的に拡大する形状とされ、柱体
   部は前後端から中央へ行く程に幅が連続的に拡大する形
   状とされ、膨出上部の上面側に前記摺板が突出できる開
   口部が開設されたことを特徴とする鉄道車両用集電装
   置。
2. 【請求項２】 前記膨出上部及び前記柱体部の夫々の平
   面外形が前後方向に長い楕円形状又はこれに近似する形
   状である請求項１に記載の鉄道車両用集電装置。
3. 【請求項３】 前記膨出上部及び前記柱体部の夫々の平
   面外形が円形状又はこれに近似する形状である請求項１
   に記載の鉄道車両用集電装置。
4. 【請求項４】 前記柱体部が上下方向ヘ伸縮自在とさ
   れ、柱体部を伸縮させる伸縮操作具が前記カバーの内部
   に内蔵され、前記摺板の昇降量に柱体部の伸縮量が追従
   するように伸縮操作具を制御する制御具が備えられた請
   求項１，２又は３に記載の鉄道車両用集電装置。