JPH0674001U - パンタグラフの防風構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速走行のため車高を低くした車両におい
て、パンタグラフの空力音の低減化と共に、防風カバー
自体から発生する空力音の減少を図る。 【構成】 車両屋根１７に設置されたパンタグラフ２０
の前後に、屋根１７からパンタグラフ２０に向かって昇
り勾配を有する緩斜面４，６を形成し、この緩斜面４，
６の頂部に、パンタグラフ２０の周囲を囲み前後に傾斜
面２，３を備えた防風カバー１を設ける。緩斜面の勾配
は１０〜２０°程度、防風カバー１の傾斜面２，３の勾
配は約４５°とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、高速走行用の車高の低い鉄道車両において、パンタグラフから発生 する空力音を減少させると同時に、走行時にパンタグラフ用防風カバー自体から 発生する空力音の低減化も可能なパンタグラフの防風構造に関する。

【０００２】 なお、本明細書中において「前・後」とは、車両の進行方向に対する前・後を 言うものとする。

【０００３】

【従来の技術】

鉄道車両の走行に基づく騒音の一因として、屋根に設置されるパンタグラフか ら発生する空力音がある。この空力音を低減させる手段として、従来、図７に示 すような防風カバー１２が採用されている。 防風カバー１２は、車両屋根上１１のパンタグラフ２０の周囲を一定高さで取 り囲むものであり、前後部それぞれに、車両屋根１１に対して約４５°の勾配を 有する傾斜面１３，１４が形成されている。この傾斜面１３，１４で、車両走行 時にパンタグラフ２０前方領域の空気を上方へ跳ね上げることにより、パンタグ ラフ２０に衝突する空気流の流速を低下させ、もってパンタグラフ２０から発生 する空力音の減少を図っている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

鉄道輸送の一層の高速化が構想され、その際、空気抵抗をより少なくして、走 行安定性を確保すると同時に騒音低減化を図るため、高速走行用の車両は、従来 車両よりも車高が低く設計される。具体的には、図８に例示する如く、電車線高 さＨ（レール面１５からトロリー線３０までの高さ）が標準的な約５０００ｍｍ とされている場合、従来車両１０の車高ａ_１（レール面１５から車両屋根１１ま での高さ／同図（Ａ）参照））が約４０００ｍｍであるのに対し、高速走行用車 両１６の車高ａ_２は約３３００ｍｍに設定される（同図（Ｂ）参照）。しかるに 、電車線高さＨに変更はないので、集電時におけるパンタグラフ２０のレール面 １５からの高さ位置は従来と同じでなくてはならない。その結果、高速走行用車 両１６では、車高ａ_２を低くした分だけ、パンタグラフ２０の車両屋根１７から の必要高さｃ_２が、従来高さｃ_１よりも大きくならざるを得ない。これに伴い、 現行では、高さ寸法ｂ_２が、従来寸法ｂ_１（約４７５ｍｍ）よりも大きい防風カ バー１８を設置することで、パンタグラフ２０の空力音低減化を試みている。

【０００５】 しかしながら、車両走行中に発生する空力音は、パンタグラフばかりでなく、 防風カバー自体からも発生する。このため、従来より高さ寸法ｂ_２の大きい防風 カバー２０は、それだけ空力音が増大することになる。つまり、高速走行用車両 １６においては、防風カバー１８によりパンタグラフ２０からの空力音の減少が ある程度まで達成されたとしても、防風カバー１８自体からの空力音が増大して いるため、全体として、充分な騒音低減効果が得られないという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、車高が低く設計された車両において、防風カバー自体から発生する 空力音を低減化し得るパンタグラフの防風構造を提供するものであって、その特 徴とするところは、鉄道車両の屋根に設置されたパンタグラフの前後に、車両屋 根からパンタグラフに向かって昇り勾配を有する緩斜面が形成され、当該緩斜面 の頂部に、パンタグラフの周囲を囲み且つ前後に上記緩斜面の勾配よりも大きい 勾配を有する傾斜面を備えた防風カバーが設けられていることである。

【０００７】

【作用】

本考案の作用を、高速走行のため車高を従来より低く設計した車両に適用した 場合について説明する。 本考案に係る防風構造は、パンタグラフの前後に緩斜面を形成し、その頂部に 防風カバーを設けた構成であるから、車高を低くした分だけ、集電時におけるパ ンタグラフの車両屋根からの高さ位置が高くなったとしても、防風カバーの高さ 寸法を大きくすることなく、パンタグラフの周囲を囲むことができる。

【０００８】 車両走行時に、防風カバーの前方領域の空気は、緩斜面により上方へ案内され たのち、防風カバー前面の傾斜面により上方へ跳ね上げられる。これにより、パ ンタグラフに衝突する空気流の流速が低下し、パンタグラフ空力音の低減化がも たらされる。防風カバーの高さ寸法は、緩斜面を形成したことにより、現行の防 風カバーのみによる防風構造と比べてはるかに小さく設定できるから、空気との 衝突により防風カバー自体から発生する空力音レベルを低く抑えられる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の実施例を、図面に基づいて説明する。 図１は、本考案に係るパンタグラフ２０の防風構造を、車高を低く設計した高 速走行用車両１６の屋根１７に設置した場合の一実施例を示す斜視図である。 本考案の防風構造は、車両屋根１７におけるパンタグラフ２０の前方及び後方 それぞれに、パンタグラフ２０に向かって昇り勾配を有する緩斜面４，６を形成 し、その頂部に、パンタグラフ２０の周囲をみ、且つ前後に傾斜面２，３を備え た防風カバー１を設けたところに特色を有している。

【００１０】 本実施例では、防風カバー１の傾斜面２，３の前後に、適宜長さの平坦部５， ７が設けられ、緩斜面４，６は、この平坦部５，７に連続するよう形成され、全 体を流線型化して、空気抵抗の減少を図っている。

【００１１】 さらに本実施例では、防風カバー１の側壁部１ａを延長して傾斜面２，３より も前後に突出させている。これは、側壁部１ａの内側に傾斜面２，３を挟む込む ことで、車両走行時の空気との衝突により、傾斜面２，３から発生する空力音の 遮蔽を目的とするものである。

【００１２】 上記防風構造の各部分の寸法関係の一例を図２を参照して示すと、電車線高さ （図８参照）が標準の約５０００ｍｍであり、本考案が適用される高速走行用車 両１６の車高ａ_２を約３３００ｍｍとした場合、緩斜面４，６頂部の車両屋根１ ７からの高さ寸法Ｓは７５０ｍｍ以上（試作では約８５０ｍｍ）、防風カバー１ の高さ寸法Ｔは４５０ｍｍ以下（試作では約３２５ｍｍ）とされる。但し、レー ル面１５から防風カバー１上端までの高さ寸法が、最大４５００ｍｍを越えない ようにすることが望ましい。また、図示する実施例では、防風カバー１の各傾斜 面２，３は、その上端縁のパンタグラフ２０中心からの距離Ｗが、それぞれ約２ ８００ｍｍとなるよう形成されている。さらに、緩斜面４，６及び防風カバー１ の幅寸法と、これが設置される車両の幅寸法とは、ほぼ等しい寸法に設定されて いる。

【００１３】 緩斜面４，６の勾配は車両屋根１１に対し約１０〜２０°に設定され、一方、 防風カバー１における傾斜面２，３の勾配は約４５°に設定されている。

【００１４】 なお、上掲の数値は、車両の寸法や電車線高さの変更に応じ、適宜調整可能で ある。

【００１５】 次に、模型を用いた風洞実験により、本考案に係る防風構造の騒音低減効果を 測定した。実験方法は、図３（Ａ）（Ｂ）に示す如く、２０分の１模型（模擬車 両Ｄの車高ｄ＝約１６５ｍｍ、緩斜面Ｅの高さｅ＝約４２．５ｍｍ及び勾配＝約 １０°、防風カバー模型Ｆの高さｆ＝約１６．３ｍｍ及び勾配＝約４５°）を用 い、マイクロフォンＭを、模擬車体Ｄにおけるパンタグラフの集電位置に相当す る高さ位置（地面板Ｌから約２５０ｍｍ）で、且つ、パンタグラフ中心から側方 への水平距離ｇが約１２５０ｍｍの箇所に設置して騒音レベルを測定した。 また、比較する従来の防風構造として、同一の模擬車体Ｄに高さ約５８．８ｍ ｍの防風カバー模型を取り付けたものを用いた。 吹出ノズルＮは、口形が一辺４５０ｍｍの正方形で、吹出口をパンタグラフの 中心から約９００ｍｍ離れた位置に設置した。試験風速は、毎秒５０ｍ（時速１ ８０ｋｍ）で、実車の走行速度（時速３５０〜３６０ｋｍ）の約２分の１である 。測定結果を、図４に示す。

【００１６】 図４のグラフにおいて、横軸は３分の１オクターブバンド周波数（単位Ｈｚ） 、縦軸は騒音レベル（単位ｄＢ）であり、×がパンタグラフのみの騒音レベル、 △がパンタグラフと従来の防風カバーとの騒音レベル、□がパンタグラフと本考 案に係る防風構造との騒音レベルであり、◇は暗騒音レベルを示している。 なお、測定値から実車数値へ換算するには、模型が２０分の１寸法、風速が実 車走行速度の２分の１であるから、換算周波数は実測周波数を１０分の１にシフ トした値となり、水平距離２５ｍ（マイクロフォンＭの設置位置の２０倍距離） での各換算周波数における騒音レベルは、風速の６乗に比例することに基づき、 ６０ｌｏｇ（３６０／１８０）≒１８となるから、各測定値に１８ｄＢを加算し た値となる。

【００１７】 同図のグラフから分かるように、４ｋＨｚ以上の比較的高い周波数帯域の騒音 レベルは、パンタグラフの空力音からの影響が大きい領域であるが、本考案に係 る防風構造は、従来と同様に、パンタグラフの空力音の充分な低減化をもたらし ている。これは、防風カバーの傾斜面による空気流の跳ね上げ効果に基づくもの である。

【００１８】 一方、４ｋＨｚ未満の比較的低い周波数帯域の騒音レベルは、防風カバー自体 から発生する空力音の影響が大きい領域であるが、本考案に係る防風構造は、従 来の防風カバーのみによる防風構造と比べて、防風カバー自体から発生する騒音 レベルの低減化に成功している。これは、防風カバーの高さ寸法が小さくなった こと及び前方部に緩斜面を形成したことによる効果と考えられる。

【００１９】 以上を総合すると、本考案に係る防風構造は、防風カバーの跳ね上げ効果によ るパンタグラフからの空力音低減効果を保持しつつ、防風カバー自体から発生す る空力音の減少を可能にしたものと言え、結果的に、騒音全体の聴感特性の低減 化が実現される。

【００２０】 なお、４ｋＨｚ以上の周波数帯域で、本考案の防風構造の騒音レベルが、従来 の防風カバーに比して若干高くなっているが、これは、風洞実験に供した防風カ バー模型の高さ（実車換算で約３７５ｍｍ）が、最適高さよりも幾分低く設定さ れたためと推定される。即ち、空力音の低減に最も効果的な防風カバーの高さは 、実車換算して約４００ｍｍ程度と思われる。この場合、緩斜面の高さ寸法及び 勾配についても、防風カバーとの関係で、最も効果的となるよう選定される。 但し、風洞実験による測定結果から分かるように、実車における防風カバーの 高さ寸法を４００ｍｍ未満とした場合でも、総体的な騒音レベルは低下しており 、依って、緩斜面と組み合わせることにより、防風カバーの高さを４００ｍｍよ りかなり低く設定しても、聴感上の騒音低減化は実現可能と言うことができる。

【００２１】 ところで、図１及び図２に示すように、車両屋根１７上に緩斜面４，６及び平 坦部５，７を設けたことにより、これらの下部に新たな空間領域が形成されるこ とになる。そこで、この空間領域を活用することにより、有効利用可能な車内空 間の拡大を図ることができる。すなわち、緩斜面４，６及び平坦部５，７を実質 的に車両屋根１７とすることで、これらが設けられている部分では、車内の天井 高さを高くでき、それ故、居住空間が広くゆったりとした客車を設計したり、あ るいは、各種機器の設置用スペースとして利用したりすることが可能となる。

【００２２】 さらには、図５に示す如く、緩斜面４，６のパンタグラフ２０からの距離を大 きく取り且つその頂部位置を高く設定すると共に、平坦部５，７を長く形成する ことで、車両１６に天井の高い領域８を比較的長い距離にわたり設け得るので、 この領域８を、２階建て車両とすることも決して不可能ではなくなる。

【００２３】 その他、本考案は、前述した実施例に限定されるものではない。例えば、図６ に示すように、緩斜面４，６と、防風カバー１の傾斜面２，３とを連設し、両者 間に平坦部を設けない構成とすることも可能である。

【００２４】 あるいは図７に示す如く、防風カバー１の側壁部１ａを湾曲させることにより 、防風カバー１から発生する空力音の一層の低減化を図ることもできる。なお、 この場合、防風カバー１の傾斜面２，３及びその前後の緩斜面４，６の幅寸法を 、前記実施例よりも狭く形成することができる。

【００２５】 また、防風カバー及び傾斜面の材質については、使用態様に応じて最適のもの が選択され、両者を一体成形することも可能である。

【００２６】 このように、本考案に係る防風構造の具体的な構成は、設置される車両の種類 や走行状況に即して適宜変更し得るものであり、実施の状況に即して種々の変更 を加えることを妨げるものではない。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したところから明らかなように、本考案は、パンタグラフの前後に緩 斜面を成形し、その頂部に防風カバーを設ける構成としたので、高速走行のため 車両の車高を低くした場合でも、パンタグラフからの空力音低減効果を充分に発 揮しつつ、防風カバー自体から発生する空力音のレベルを低下させることができ る。依って、鉄道車両の高速走行に伴う騒音の低減化に寄与するものである。

【００２８】 また、緩斜面の下部領域を有効利用することにより、車内容積の実質的な拡張 がもたらされるので、様々に活用し得る空間が増大する。

【提出日】平成５年６月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】

【従来の技術】

鉄道車両の走行に基づく騒音の一因として、屋根に設置されるパンタグラフか ら発生する空力音がある。この空力音を低減させる手段として、従来、図８に示 すような防風カバー１２が採用されている。 防風カバー１２は、車両屋根上１１のパンタグラフ２０の周囲を一定高さで取 り囲むものであり、前後部それぞれに、車両屋根１１に対して約４５°の勾配を 有する傾斜面１３，１４が形成されている。この傾斜面１３，１４で、車両走行 時にパンタグラフ２０前方領域の空気を上方ヘ跳ね上げることにより、パンタグ ラフ２０に衝突する空気流の流速を低下させ、もってパンタグラフ２０から発生 する空力音の減少を図っている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

鉄道輪送の一層の高速化が構想され、その際、空気抵抗をより少なくして、走 行安定性を確保すると同時に騒音低減化を図るため、高速走行用の車両は、従来 車両よりも車高が低く設計される。具体的には、図９に例示する如く、電車線高 さＨ（レール面１５からトロリー線３０までの高さ）が標準的な約５０００ｍｍ とされている場合、従来車両１０の車高ａ_１（レール面１５から車両屋根１１ま での高さ／同図（Ａ）参照））が約４０００ｍｍであるのに対し、高速走行用車 両１６の車高ａ_２は約３３００ｍｍに設定される（同図（Ｂ）参照）。しかるに 、電車線高さＨに変更はないので、集電時におけるパンタグラフ２０のレール面 １５からの高さ位置は従来と同じでなくてはならない。その結果、高速走行用車 両１６では、車高ａ_２を低くした分だけ、パンタグラフ２０の車両屋根１７から の必要高さｃ_２が、従来高さｃ_１よりも大きくならざるを得ない。これに伴い、 現行では、高さ寸法ｂ_２が、従来寸法ｂ_１（約４７５ｍｍ）よりも大きい防風カ バー１８を設置することで、パンタグラフ２０の空力音低減化を試みている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】 しかしながら、車両走行中に発生する空力音は、パンタグラフばかりでなく、 防風カバー自体からも発生する。このため、従来より高さ寸法ｂ_２の大きい防風 カバー１８は、それだけ空力音が増大することになる。つまり、高速走行用車両 １６においては、防風カバー１８によりパンタグラフ２０からの空力音の減少が ある程度まで達成されたとしても、防風カバー１８自体からの空力音が増大して いるため、全体として、充分な騒音低減効果が得られないという問題があった。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の実施例を、図面に基づいて説明する。 図１は、本考案に係るパンタグラフ２０の防風構造を、車高を低く設計した高 速走行用車両１６の屋根１７に設置した場合の一実施例を示す斜視図である。 本考案の防風構造は、車両屋根１７におけるパンタグラフ２０の前方及び後方 それぞれに、パンタグラフ２０に向かって昇り勾配を有する緩斜面４，６を形成 し、その頂部に、パンタグラフ２０の周囲を囲み、且つ前後に傾斜面２，３を備 えた防風カバー１を設けたところに特色を有している。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】 さらに本実施例では、防風カバー１の側壁部１ａを延長して傾斜面２，３より も前後に突出させている。これは、側壁部１ａの内側に傾斜面２，３を挟み込む ことで、車両走行時の空気との衝突により、傾斜面２，３から発生する空力音の 遮蔽を目的とするものである。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】 上記防風構造の各部分の寸法関係の一例を図２を参照して示すと、電車線高さ （図９参照）が標準の約５０００ｍｍであり、本考案が適用される高速走行用車 両１６の車高ａ_２を約３３００ｍｍとした場合、緩斜面４，６頂部の車両屋根１ ７からの高さ寸法Ｓは７５０ｍｍ以上（試作では約８５０ｍｍ）、防風カバー１ の高さ寸法Ｔは４５０ｍｍ以下（試作では約３２５ｍｍ）とされる。但し、レー ル面１５から防風カバー１上端までの高さ寸法が、最大４５００ｍｍを越えない ようにすることが望ましい。また、図示する実施例では、防風カバー１の各傾斜 面２，３は、その上端縁のパンタグラフ２０中心からの距離Ｗが、それぞれ約２ ８００ｍｍとなるよう形成されている。さらに、緩斜面４，６及び防風カバー１ の幅寸法と、これが設置される車両の幅寸法とは、ほぼ等しい寸法に設定されて いる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】 緩斜面４，６の勾配は車両屋根１７に対し約１０〜２０°に設定され、一方、 防風カバー１における傾斜面２，３の勾配は約４５°に設定されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るパンタグラフの防風構造の一例
を、車両屋根に設置した状態を示す斜視図である。

【図２】本考案に係るパンタグラフの防風構造の一例を
示すものであって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図で
ある。

【図３】本考案に係るパンタグラフの防風構造の騒音低
減効果を、２０分の１模型を用いた風洞実験により測定
する要領を示すものであって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）
は平面図である。

【図４】本考案に係るパンタグラフの防風構造の騒音低
減効果を、従来のものと比較して示すものであって、風
洞実験による測定結果を示すグラフである。

【図５】本考案に係るパンタグラフの防風構造の別態様
の実施例を示す側面図である。

【図６】本考案に係るパンタグラフの防風構造の別態様
の実施例を示す斜視図である。

【図７】本考案に係るパンタグラフの防風構造のさらに
異なる実施例を示す斜視図である。

【図８】鉄道車両の屋根に設置された従来のパンタグラ
フ用防風カバーを示す斜視図である。

【図９】鉄道車両の屋根に設置された従来のパンタグラ
フ用防風カバーを示すものであって、（Ａ）は従来車両
に設置した状態を示す部分側面図、（Ｂ）は高速走行用
の車高の低い車両に設置する場合を示す部分側面図であ
る。

【符号の説明】

１ 防風カバー ２ 防風カバーの傾斜面（前） ３ 防風カバーの傾斜面（後） ４ 緩斜面（前） ５ 平坦部 ６ 緩斜面（後） ７ 平坦部 １５ レール面 １６ 高速走行用車両 １７ 車両屋根 ２０ パンタグラフ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄道車両の屋根に設置されたパンタグラ
   フの前後に、車両屋根からパンタグラフに向かって昇り
   勾配を有する緩斜面が形成され、当該緩斜面の頂部に、
   パンタグラフの周囲を囲み且つ前後に上記緩斜面の勾配
   よりも大きい勾配を有する傾斜面を備えた防風カバーが
   設けられていることを特徴とするパンタグラフの防風構
   造。