(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の屋根上に支持された集電装置の車両走行方向の前後で集電装置に向かって緩やかに立ち上がり最終部がほぼ水平な頂部となるスロープ部と、これらスロープ部間に集電装置の設置領域を残すキャビティ部とを少なくとも有して、車両走行時の騒音を低減する車両における集電装置の風防カバー装置において、
キャビティ部の車両走行方向で見た前後壁間を、集電装置の前後のスロープ部との間に必要な絶縁距離を少なくとも満足する、最小またはそれに近い長さで、ほぼ２８５０ｍｍ〜３０５０ｍｍとしたことを特徴とする集電装置の風防カバー装置。
【請求項２】
集電装置は、車両の屋根上に碍子で支持した基台と、この基台の車両走行方向の一方側から他方の側に斜め上向きに延びて舟体を支持する集電アームとを備え、基台は車両の走行方向前後で碍子により支持されていて、キャビティ部は前後のスロープ部に続く側壁を有し、この側壁間を、集電装置との間に必要な絶縁距離を少なくとも満足する、最小またはそれに近い長さで、ほぼ１３４０ｍｍとした請求項１に記載の車両における集電装置の風防カバー装置。
【請求項３】
頂部は、少なくとも集電装置の基台を支持する碍子部の高さにほぼ等しい高さを有し、スロープ部は、それの車両の屋根から頂部へ向かう設定角度での立ち上がり始端部を切除した段差部を有し、段差部の高さは、ほぼ４０ｍｍ〜９０ｍｍである請求項１、２のいずれか１項に記載の車両における集電装置の風防カバー装置。
【請求項４】
なびき側対向気流の向きで見た上流側スロープ部についての頂部の車両の走行方向前後の長さは、車両先頭部から所定近傍域にあるものにつき、所定近傍域から外れるものよりも長くした請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両における集電装置の風防カバー装置。
【請求項５】
頂部の車両の走行方向前後の長さは、集電装置に対する反なびき側対向気流の向きで見た上流側スロープ部のものを、下流側のスロープ部のものよりも長くした請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両における集電装置の風防カバー装置。
【請求項６】
反なびき側対向気流の上流側スロープ部における頂部の車両の走行方向の長さは、ほぼ２５０ｍｍ〜１５００ｍｍである請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両における集電装置の風防カバー装置。
【請求項７】
集電装置は、車両の屋根上に碍子で支持した基台と、この基台の車両走行方向の一方側から他方の側に斜め上向きに延びて舟体を支持する集電アームとを備え、基台は扁平で、平面視して車両走行方向に長い短冊形をなしている請求項３〜６のいずれか１項に記載の車両における集電装置の風防カバー装置。
【請求項８】
キャビティ部の側壁は、車両の走行方向前後の一方側に偏って、集電装置における格納された舟体に対する絶縁を図る切り欠きを有し、キャビティ部の両側に設ける防音壁をキャビティ部の前記切り欠きの車両走行方向前後での反偏り側で、キャビティ部よりも短くした請求項７に記載の車両における集電装置の風防カバー装置。
【請求項９】
防音壁の、車両の走行方向前後での立ち上がりの傾斜角度は、ほぼ３０°とした請求項８に記載の車両における集電装置の風防カバー装置。
【請求項１０】
防音壁の、基部の車両の走行方向の長さは、キャビティ部の前後壁間の長さがほぼ２８５０ｍｍであるのに対し、ほぼ４８５０ｍｍである請求項８、９のいずれか１項に記載の車両における集電装置の風防カバー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両における集電装置の風防カバー装置に関し、特に新幹線車両のような高速鉄道車両の集電装置、いわゆるパンタグラフから発生する騒音を低減するのに好適な車両における集電装置の風防カバー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の屋根上にある集電装置に当たる気流を規制して騒音を下げるために、集電装置を囲う風防カバーを設けることが行われている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
特許文献１には、集電装置の車両走行方向の前後で集電装置に向かって緩やかに立ち上がり最終部がほぼ水平な頂部となるスロープ部と、これらスロープ部間に集電装置の設置領域を残すキャビティ部とを有して、車両走行時の騒音を低減する集電装置の風防カバー装置が記載されている。特に、従来のものとして記載している風防カバーが横断面矩形であるものに対する改良発明として、風防カバーの外面のほぼ全体が連続する湾曲面となり、かつ、車両進行方向に対して垂直方向の断面積が、スロープの立ち上がり始端から舟体位置に向かって連続的に増加し、断面積の車両進行方向に沿う変化グラフが直線領域を３分の１程度含むようにしたものを開示している。この改良発明によれば、車両走行時に風防カバーによって生じる圧力変動を従来のものよりも緩和でき、空力音低減効果を損なわないので、３００ｋｍを超える鉄道車両の高速走行の実現化に多大な寄与を果たすとしている。同時に、断面積の変化率を小さくできるにもかかわらず投影面積を従来よりも縮小させないから、集電装置を設置するために必要な凹部の領域を確保することができるとしている。
【０００４】
特許文献２には、特許文献１に記載の従来例のようなタイプの風防カバーでの、集電装置の設置領域をなす凹部、いわゆるキャビティ部で生じる負圧や気流の乱れによるキャビティ音を低減した改良発明が開示されている。このものは、スロープ部をメッシュ構造として集電装置に対する対向気流の働きを規制しながら、通気作用によってキャビティ音そのものの発生を抑えるのに併せ、キャビティ部の両側に防音壁を設けることにより発生するキャビティ音がまわりに漏れて騒音となるのを低減できるようにしている。
【特許文献１】特開平１０−１２６９０３号公報
【特許文献２】特開２００３−２１９５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本願一部出願人は、特許文献１に開示の改良発明のように、風防カバーの外面全体が湾曲面となったものでは、製作が困難で高価につく以上に、防風カバーによる左右への掻き分け風がすれ違う他車などに影響を与えたり、舟体に向かう押し上げ気流は車両の幅方向、つまり枕木方向の速度分布や圧力分布が不均一、不安定になって揚力特性が低下するといった問題があり、これを解消するのに、横断面矩形なタイプの風防カバー装置を図１８〜図２０に示すようなシングルアームタイプの集電装置ａに適応する風防カバー装置ｂの改良を含め、走行速度が３００ｋｍを超えようとしていることへの対応に向けさらなる開発を進めている。
【０００６】
本発明者等はそのような開発での種々な実験を伴い研究を重ねた結果、さらなる高速化には騒音の防止と軽量化とが大きく影響し合い、風防カバーのボリュウム、車両走行方向での投影面積を削減することが重要な要素となることを知見した。しかし、上記特許文献１、２に開示の改良発明ではそのような視点からの改良は行われていない。また、先の本
願一部出願人による改良も十分及んでいない。
【０００７】
本発明の目的は、騒音のさらなる防止が図れて場合によっては軽量化もできる車両における集電装置の風防カバー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような課題を達成するために、本発明の車両における集電装置の風防カバー装置は、車両の屋根上に支持された集電装置の車両走行方向の前後で集電装置に向かって緩やかに立ち上がり最終部がほぼ水平な頂部となるスロープ部と、これらスロープ部間に集電装置の設置領域を残すキャビティ部とを少なくとも有して、車両走行時の騒音を低減する車両における集電装置の風防カバー装置において、キャビティ部の車両走行方向で見た前後壁間を、集電装置の前後のスロープ部との間に必要な絶縁距離を少なくとも満足する、最小またはそれに近い長さで、ほぼ２８５０ｍｍ〜３０５０ｍｍとしたことを主たる特徴とするものである。
【０００９】
このような構成では、掻き分け風による他車への影響や舟体へ向かう押し上げ風による揚力特性低下を見ない形態を踏襲しながら、防風カバーにおける前後のスロープ部間のキャビティ部が集電装置の設置領域となるのに、車両走行方向で見た前後壁間で、従来は配慮されていなかった集電装置との間の必要絶縁距離に対するデッドスペースが無くなるか、縮小してほぼ２８５０ｍｍ〜３０５０ｍｍとなるので、その分キャビティ部が風防カバーに占めるボリュウムが縮小し、車両進行方向の前部側のスロープ部から後部側のスロープ部へ向かう気流がキャビティ部を越えるときのキャビティ音の発生が低減する。
【００１０】
また、キャビティ部の前後壁間の長さに対応して必要となる壁などがある場合は、それの長さも短縮してその分軽量化する。
【００１１】
集電装置は、車両の屋根上に碍子で支持した基台と、この基台の車両走行方向の一方側から他方の側に斜め上向きに延びて舟体を支持する集電アームとを備え、基台は車両の走行方向前後で碍子により支持されていて、キャビティ部が前後のスロープ部に続く側壁を有し、この側壁間を、集電装置との間に必要な絶縁距離を少なくとも満足する、最小またはそれに近い長さで、ほぼ１３４０ｍｍとした、さらなる構成では、
キャビティ部の側壁間でも、従来は配慮されていなかった集電装置との間の必要絶縁距離に対するデッドスペースが無くなるか、縮小してほぼ１３４０ｍｍとなるので、その分キャビティ部が風防カバーに占めるボリュウムが縮小し、車両進行方向の前部側のスロープ部から後部側のスロープ部へ向かう気流がキャビティ部を越えるときのキャビティ音の発生が低減し、さらなる騒音の防止ができ車両のさらなる高速化に貢献できる。同時に、前後のスロープ部もキャビティ部の側壁位置まで幅を狭められるので、風防カバー全体のボリュウムが低減し軽量化も進むし、車両走行方向の投影面積が縮小して空気の押し退けによる圧変動域が縮小して圧力変動による騒音の発生も抑えられる。
【００１２】
頂部が、少なくとも集電装置の基台を支持する碍子部の高さにほぼ等しい高さを有し、スロープ部が、それの車両の屋根から頂部へ向かう設定角度での立ち上がり始端部を切除した段差部を有し、段差部の高さはほぼ４０ｍｍ〜９０ｍｍである、さらなる構成では、
前後のスロープ部の頂部が集電装置の基台を支持する碍子部の高さにほぼ達していることで、空力抵抗が特に大きい碍子部に対向気流が働き空力音を発生するのを防止する必要最小限の風防カバー高さを満足した上で、集電装置の風防カバーの上に出る部分への対向気流による空力音の発生や揚力変化を抑えるために必要な角度に設定されて車両の屋根からの立ち上がるスロープ部の立ち上がり始端の切除によって、スロープ部の立ち上がり必要長さが短縮し、その分風防カバー全体のボリュウムが縮小して軽量化することができる。しかも、前記スロープ部の立ち上がり始端の切除によってできる段差部を高さほぼ４０ｍｍ〜９０ｍｍに抑えることによって、段差部の対向気流の押し上げによる発達気流が集電装置の風防カバー上に出ている部分への影響を回避することができるので、騒音の発生や揚力変動の新たな原因になるようなことはない。
【００１３】
頂部の車両の走行方向の長さが、集電装置に対する反なびき側対向気流の向きで見た上流側スロープ部のものを、下流側のスロープ部のものよりも長くした、さらなる構成では、
集電装置の風防カバー上に出る部分は、舟体の支持構造上車両の走行方向によって反対向きとなる対向気流に対し空力抵抗が低いなびき側と、空力抵抗が高い反なびき側とがあるが、反なびき側対向気流の向きで見た上流側のスロープ部の頂部を下流側のそれよりも長くすることで、下流側のスロープ部の頂部が徒に長くなるようなことなしに、反なびき側対向気流に対し集電装置に先行して働くスロープの長い頂部による十分な整流作用を得て騒音防止や揚力変動を、なびき側対向気流が働く場合と同程度に抑えられる。具体的には、反なびき側対向気流の上流側スロープ部における頂部の車両の走行方向の長さは、ほぼ２５０ｍｍ〜１５００ｍｍで好適である。
【００１４】
しかし、なびき側対向気流の向きで見た上流側スロープ部についての頂部の車両の走行方向前後の長さは、車両先頭部から所定近傍域にあるものについては、所定近傍域から外れるものよりも長くする。
【００１５】
これは、車両先頭部から所定域内では境界層の発達の程度がまだ低く、対向気流の流速が十分低下していないのを、スロープ部に続く頂部寸法を所定域から外れるものよりも長くすることで流速の低下を図って対応するものであり、実効がある。
【００１６】
集電装置が、車両の屋根上に碍子で支持した基台と、この基台の車両走行方向の一方側から他方の側に斜め上向きに延びて舟体を支持する集電アームとを備え、基台は扁平で、平面視して車両走行方向に長い短冊形をなしている、さらなる構成では、
基台の車両走行方向での投影面積が小さい上に、対向気流に対する空力抵抗の小さい形状となるので、基台から車両走行方向の一方側に斜め上向きに延びるだけの集電アームを含めて、風防カバーの上に出る程度に風防カバーの高さをより低くして車両走行方向での投影面積やボリュウムのさらなる縮小化が図れる。また、集電アームは基台の一方側から他方側の範囲にほぼ納まって舟体を支持することができ、キャビティ部は平面視して基台との間の必要絶縁距離だけを満足すればよく、キャビティ部の必要ボリュウムを小さく抑えるのに好適である。
【００１７】
キャビティ部の側壁が、車両の走行方向前後の一方側に偏って、集電装置における格納された舟体に対する絶縁を図る切り欠きを有し、キャビティ部の両側に設ける防音壁をキャビティ部の前記切り欠きの車両走行方向前後での反偏り側で、キャビティ部よりも短くした、さらなる構成では、
キャビティ部での音源が切り欠き側に偏って、しかも、切り欠きの反偏り側には至っていないことに対し、キャビティ部の両側に設ける防音壁を切り欠きの反偏り側でキャビティ部よりも短くすることにより、まわりへの騒音の発生を増すことなく防音壁を短くボリュウムを小さく軽量化することができる。
【００１８】
防音壁の、車両の走行方向前後での立ち上がりの傾斜角度は、ほぼ３０°とした、さらなる構成では、
防音壁の基部長さを徒に長くせずに、防音壁の対向気流に対する空力抵抗が低減してその分空力音の発生が抑えられるし、スロープ部およびキャビティ部による押上げ気流を乱しにくく揚力特性を低下させない利点がある。
【００１９】
防音壁の、基部の車両の走行方向の長さは、キャビティ部の前後壁間の長さがほぼ２８５０ｍｍに対し、ほぼ４８５０ｍｍである、さらなる構成では、
キャビティ音のまわりへの影響を防止しながら、長さが小さく、ボリュウムが小さくなり、軽量化がさらに進む。
【００２０】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組合せで複合して用いることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の車両における集電装置の風防カバー装置によれば、掻き分け風による他車への影響や舟体へ向かう押し上げ風による揚力特性低下を見ない形態を踏襲しながら、キャビティ部のボリュウムが最大集電装置との必要絶縁距離まで縮小してほぼ２８５０ｍｍ〜３０５０ｍｍとなるので、キャビティ音の発生が低減するので、車両のさらなる高速化に有効である。しかも、キャビティ部に対応して必要となる壁などの長さも短縮して軽量化するので、この面でも車両のさらなる高速化に貢献できる。また、キャビティ部の側壁の長さの短縮はそれに当る左右空気力を軽減するので左右振動を助長しないので、乗り心地の向上に繋がる。
【００２２】
集電装置は、車両の屋根上に碍子で支持した基台と、この基台の車両走行方向の一方側から他方の側に斜め上向きに延びて舟体を支持する集電アームとを備え、基台は車両の走行方向前後で碍子により支持され、キャビティ部が前後のスロープ部に続く側壁を有し、この側壁間を、集電装置の前後のスロープ部との間に必要な絶縁距離を少なくとも満足する、最小またはそれに近い長さで、ほぼ１３４０ｍｍとなるとした、さらなる構成によれば、
キャビティ部はその側壁間でもボリュウムが縮小してほぼ１３４０ｍｍとなるのでキャビティ音の発生が低減するので車両のさらなる高速化に貢献できる。同時に、前後のスロープ部も含めた風防カバー全体のボリュウムが低減し軽量化も進むし、車両走行方向の投影面積が縮小して圧力変動による騒音の発生も抑えられるので、車両のさらなる高速化に有効である。
【００２３】
頂部が、少なくとも集電装置の基台を支持する碍子部の高さにほぼ等しい高さを有し、スロープ部が、それの車両の屋根から頂部へ向かう設定角度での立ち上がり始端部を切除した段差部を有し、段差部の高さはほぼ４０ｍｍ〜９０ｍｍである、さらなる構成によれば、
空力抵抗が特に大きい碍子部での空力音発生を防止する風防カバー高さにおいて、集電装置の風防カバーの上に出る部分での空力音の発生や揚力変化を抑えるべく設定された角度でのスロープ部の立ち上がり始端を切除した立ち上がり必要長さからの短縮によって風防カバー全体のボリュウムが縮小し軽量化して、しかも、立ち上がり始端の切除による段差部が、段差部の高さはほぼ４０ｍｍ〜９０ｍｍで、対向気流を乱して集電装置の風防カバー上に出ている部分に影響するのを回避できるので、車両のさらなる高速化に有効である。
【００２４】
頂部の車両の走行方向の長さが、集電装置の対向気流に対するなびき側よりも反なびき側の方を長くした、さらなる構成によれば、
なびき側で頂部が徒に長くなるようなことなしに、反なびき側での対向気流による騒音防止や揚力変動をなびき側と同程度に抑えられるので、車両のさらなる高速化に有効である。
【００２５】
しかし、なびき側対向気流の向きで見た上流側スロープ部についての頂部の車両の走行
方向前後の長さは、車両先頭部から所定近傍域にあるものについては、所定近傍域から外れるものよりも長くすることにより、車両先頭部から所定域内では境界層の発達の程度がまだ低く対向気流の流速が十分に低下していないことに対応できる。
【００２６】
集電装置が、車両の屋根上に碍子で支持した基台と、この基台の車両走行方向の一方側から他方の側に斜め上向きに延びて舟体を支持する集電アームとを備え、基台は扁平で、平面視して車両走行方向に長い短冊形をなしている、さらなる構成によれば、
基台が出る程度に風防カバーを低くして車両走行方向での投影面積やボリュウムのさらなる縮小化が図れる。また、キャビティ部は集電アームの影響なしに平面視して基台との間の必要絶縁距離を満足し、キャビティ部の必要ボリュウムを小さく抑えられるので、車両のさらなる高速化に有効である。
【００２７】
キャビティ部の側壁が、車両の走行方向前後の一方側に偏って、格納された舟体に対する絶縁を図る切り欠きを有し、キャビティ部の両側に設ける防音壁をキャビティ部の前記切り欠きの車両走行方向前後での反偏り側で、キャビティ部よりも短くした、さらなる構成によれば、
キャビティ部からの音源の偏りに対応した両側防音壁を切り欠きの反偏り側でキャビティ部より短くして、まわりへの騒音の発生を増すことなくボリュウムを小さくして軽量化するので、車両のさらなる高速化に有効である。
【００２８】
防音壁の、車両の走行方向前後での立ち上がりの傾斜角度は、ほぼ３０°とした、さらなる構成によれば、
基部長さを徒に長くせずに、防音壁の空力抵抗が低減して空力音の発生が抑えられ、スロープ部およびキャビティ部での押上げ気流に影響せず揚力特性を低下させないので、車両のさらなる高速化に有効である。
【００２９】
防音壁の、基部の車両の走行方向の長さは、キャビティ部の前後壁間の長さがほぼ２８５０ｍｍに対し、ほぼ４８５０ｍｍである、さらなる構成によれば、
キャビティ音のまわりへの影響を防止しながら、軽量化がさらに進むので車両のさらなる高速化に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の車両における集電装置の風防カバー装置に係る最良の実施の形態につき、以下、図１〜図１７を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は図１〜図４に示すような鉄道車両、特に新幹線車両用の集電装置１に対応して改良した風防カバー装置１０の場合の一例である。集電装置１は既述した図１８〜図２０に示す風防カバー装置ｂが対象とした集電装置ａをさらに改良したものであり、車両３の屋根４上に碍子５、５、６で支持した基台７と、この基台７の車両走行方向の一方側から他方の側に斜め上向きに延びて舟体８を支持する集電アーム９とを備え、基台７は上下に扁平で、平面視して車両走行方向に長い短冊形をなしている。しかし、全体に丸みを持ち対向気流との馴染みがよく剥離を起こしにくいほぼ流線形の外形を有している。碍子５、５と碍子６とは基台７の車両走行方向での前後を分担して支持しており、碍子６は集電アーム９の基台７からの立ち上がり側に位置して配電ケーブル１１と接続されたケーブルヘッドを兼用している。しかし、本発明はこれに限られることはなく、図１８〜図２０に示した集電装置やその他のものに適用しても有効であり、本発明の範疇に属する。
【００３１】
なお、シングルアームタイプの集電装置など、車両走行方向前後で対象とならないものの場合、集電装置１の風防カバー１０上に出る部分は、舟体８の支持構造上車両の走行方向によって反対向きとなる対向気流２１に対し空力抵抗が低いなびき側と、空力抵抗が高い反なびき側とがあり、図１〜図４に示すものの場合は図１、図２に示す対向気流２１に対してなびき側となっている。これを便宜上なびき側対向気流という。これに反対向きな対向気流２１ａを便宜上反なびき側対向気流という。これは車両３の走行方向でいうのではなく、車両３に設置された集電装置１およびその風防カバー装置１０の組個々が車両３の走行方向において受ける対向気流に対していうものである。
【００３２】
風防カバー装置１０は、車両３の屋根４上に支持された集電装置１の車両走行方向の前後で集電装置１に向かって緩やかに立ち上がり最終部がほぼ水平な頂部１２ａとなるスロープ部１２と、これらスロープ部１２間に集電装置１の設置領域を残すキャビティ部１３とを少なくとも有した風防カバー１０にて、車両走行時の騒音を低減する。特に、キャビティ部１３の車両走行方向で見た前後壁間長さ、つまりキャビティ部長さＢを、集電装置１の前後のスロープ部１２、１２との間に必要な絶縁距離を少なくとも満足する、最小またはそれに近い長さとする。
【００３３】
これにより、掻き分け風による他車への影響や舟体８へ向かう押し上げ風による揚力特性低下を見ない形態を踏襲しながら、防風カバー１０における前後のスロープ部１２、１２間のキャビティ部１３に集電装置１を設置するのに、車両走行方向で見た前後壁１３ａ、１３ａ間で、従来は配慮されていなかった集電装置１との間の必要絶縁距離に対するデッドスペースが無くなるか、縮小する。従って、そのデッドスペースが無くなるか、縮小した分だけキャビティ部１３が風防カバー１０に占めるボリュウムが縮小する。このキャビティ部１３のボリュウムの縮小は、車両進行方向の前部側のスロープ部１２から後部側のスロープ部１２へ向かう図５に示すような対向気流２１がキャビティ部１３を越えるときのキャビティ音の発生が低減する。
【００３４】
図５は数値流体シミュレーションによるもので（ａ）は本実施の形態のキャビティ部長さＢが２８５０ｍｍの場合、（ｂ）はさらに６００ｍｍ延長したキャビティ部長さＢが３４５０ｍｍの場合、（ｃ）は比較例として図１８〜図２０に示すキャビティ部長さＢが３９６０ｍｍの場合を示している。これらの実験結果から、キャビティ部長さＢが大きくなるほど、対向気流２１は乱れ、特にキャビティ部１３内への入り込み角度が大きいことが分かり、その後壁１３ａとの衝突による押し上げ傾向が強くキャビティ音が高くなることが分かる。
【００３５】
これを、図５（ａ）（ｂ）の場合と、それらの間の４５０ｍｍ延長してキャビティ部長さＢが３３００ｍｍの場合とで、対向気流２１の角流れ位置での流れ角を屋根４の幅方向中心位置で見ると、風防カバー１０の頂部１２ａの高さレベルと舟体８の高さレベルとでは図６（ａ）（ｂ）に示す通りとなった。頂部１２ａレベルでは図６（ａ）に示すように、キャビティ部長さＢが大きくなるほど、後壁１３ａ部での流れ角が＋側に大きくなり、比較例ではさらに大きく、大きな騒音原因になることが分かる。舟体８レベルではキャビティ部長さＢの大きさの影響はほとんど見られなくなっている。
【００３６】
本実施の形態のキャビティ部長さ２８５０ｍｍの場合と、それより２００ｍｍ延長した場合との風洞実験にて図７に示す各位置のマイク１〜４による騒音測定をしたところ図７の通りであった。図８は舟体８の真上のマイク２によるもので、キャビティ部長さが本実施の形態の寸法２８５０ｍｍから２００ｍｍ延長しても騒音は同じ程度に抑えられること
が分かる。騒音限度からキャビティ部長さＢはほぼ２８５０ｍｍ〜３４５０ｍｍに抑えて比較例の場合を含め有効であり、ほぼ３０５０ｍｍまで抑えると最も好適となる。
【００３７】
ここで、本実施の形態の上記集電装置１は、基台７の車両走行方向での投影面積が小さい上に、対向気流２１に対する空力抵抗の小さい形状となるので、基台７から車両走行方向の一方側に斜め上向きに延びるだけの集電アーム９を含めて、風防カバー１０の上に出る程度に風防カバー１０の高さを低くして車両走行方向での投影面積やボリュウムのさらなる縮小化が図れる。また、集電アーム９は基台７の一方側から他方側の範囲に図２に示すようにほぼ納まって舟体８を支持することができ、キャビティ部１３は集電機器の配置の邪魔がなく、平面視して基台７との間の必要絶縁距離だけを満足すればよく、キャビティ部１３の必要ボリュウムを小さく抑えるのに好適であり、車両のさらなる高速化に有効である。
【００３８】
また、基台７が車両走行方向での投影面積が小さく、集電アーム９を含め対向気流２１に対する空力抵抗の小さなもので、その前後を狭い幅内にて前記碍子５、５と碍子６とによって支持されるだけで十分な支持強度が得られる。さらに、前後一方側の碍子６がケーブルヘッドを兼用していることにより、キャビティ部１３内の集電機器が基台７の平面視した範囲内にほぼ収まる。従って、キャビティ部１３の集電装置１との間の必要絶縁距離や必要絶縁距離で見たデッドスペースを小さくして、キャビティ部１３の必要ボリュウムを小さく抑えられ、車両のさらなる高速化に有効である。
【００３９】
これを、集電装置１のフル装備、舟体なし、舟体、集電アームなし、集電装置なしの各場合の風洞実験による騒音測定では図９に示す通りとなった。図から明らかなように舟体８の有無は騒音の発生に大きな影響があるのに対し、集電アーム９や基台７の存在はほとんど影響がないことが検証された。
【００４０】
なお、キャビティ部１３の前後壁１３ａ、１３ａ間のキャビティ部長さＢに対応して必要となる側壁１３ｂやキャビティ部１３の両側の防音壁２２などがあると、それらの長さも短縮してその分軽量化する。従って、この面でも車両のさらなる高速化に貢献できる。
【００４１】
さらに、本実施の形態では、キャビティ部１３は前後のスロープ部１２に続く前記側壁１３ｂ、１３ｂ間を、集電装置１との間に必要な絶縁距離を少なくとも満足する、最小またはそれに近い長さとしてある。これにより、キャビティ部１３の側壁１３ｂ、１３ｂ間でも、従来は配慮されていなかった集電装置１との間の必要絶縁距離に対するデッドスペースが無くなるか、縮小する。従って、その分キャビティ部１３が風防カバー１０に占めるボリュウムが縮小し、車両進行方向の前部側のスロープ部１２から後部側のスロープ部１２へ向かう対向気流２１がキャビティ部１３を越えるときのキャビティ音の発生が低減し、さらなる騒音の防止ができる。よって車両のさらなる高速化に貢献できる。同時に、前後のスロープ部１２、１２もキャビティ部１３の側壁１３ｂ、１３ｂの位置まで幅Ｗを狭められるので、風防カバー１０全体のボリュウムが低減し軽量化も進む。しかも、車両走行方向の投影面積が縮小して空気の押し退けによる圧変動域が縮小して圧力変動による騒音の発生も抑えられる。本実施の形態では、側壁１３ｂ間の長さｗは、ほぼ１３４０ｍｍに、風防カバー１０の幅Ｗはほぼ１３８０ｍｍに抑えられる。
【００４２】
なお、集電装置１とキャビティ部１３との間の必要絶縁距離はほぼ３００ｍｍ以上、望ましくはほぼ３２０ｍｍ以上として電気的な安全が図れる。本実施の形態ではこのほぼ３２０ｍｍの絶縁距離を十分に満足している。
【００４３】
本実施の形態では、また、スロープ部１２の頂部１２ａが、少なくとも集電装置１の基台７を支持する碍子５、５、６部の高さにほぼ等しい高さＨを有し、スロープ部１２が、
それの屋根４から頂部１２ａへ向かう設定角度θでの立ち上がり始端部を切除した段差部１２ｃを有したものとしている。これにより、前後のスロープ部１２の頂部１２ａが集電装置１の基台７を支持する碍子５、５、６部の高さにほぼ達していることで、空力抵抗が特に大きい碍子５、５、６部に対向気流２１が働いて空力音を発生するのを防止する必要最小限のカバー高さＷを満足した上で、スロープ部１２が集電装置１の風防カバー１０の上に出る部分への対向気流２１による空力音の発生や揚力変化を抑えるために設定された角度θでの屋根４からの立ち上がり始端の切除によって、スロープ部１２の立ち上がり必要長さが短縮し、その分風防カバー１０全体のボリュウムが縮小して軽量化することができる。しかも、前記スロープ部１２の立ち上がり始端の切除によってできる段差部１２ｃを所定の高さｈ以下に抑えることによって、段差部１２ｃの対向気流２１の押し上げによる発達気流が集電装置１の風防カバー１０上に出ている部分、特に舟体８への影響を回避することができるので、騒音の発生や揚力変動の新たな原因になるようなことはない。
【００４４】
図１０（ａ）（ｂ）は段差部１２ｃの高さｈが９０ｍｍの場合と、４０ｍｍの場合の数値流体シミュレーションによる対向気流２１の流れを示し、９０ｍｍでもキャビティ部１３の部分に及ぶ対向気流２１に大きな乱れはなく、ほぼ９０ｍｍまでは切除して風防カバー１０の長さを短縮することができ、４０ｍｍを下回ると短縮の効果が薄れる。そこで、段差部１２ｃの高さｈはほぼ４０ｍｍ〜９０ｍｍとして好適である。なお、図１１、図１２は段差部１２ｃの高さｈが９０ｍｍの場合と、４０ｍｍの場合の風洞実験による流速ベクトルの違いを示しているが、流速ベクトルにおいても双方には大差ない。
【００４５】
なお、スロープ部１２の立ち上がり角度θに対する対向気流２１の流れ角について、頂部１２ａレベルと、舟体８レベルとで数値流体シミュレーションしたところ、図１３（ａ）（ｂ）で示す通りとなった。いずれにおいても、角度θが小さいほど流れ角は小さく、その圧力勾配に比例する角度変化も小さく、舟体８レベルでは０°に近づくことが判明し、かつ、ほぼ９．５°〜１７°であれば空力音やキャビティ音発生を十分に防止できることが判明した。しかし、立ち上がり角度θが小さいほどスロープ部１２の必要立ち上がり長さが長くなるので、前記段差部１２ｃによる短縮効果と併せて考えると、θ＝１４°程度とするのが好適である。
【００４６】
図１４に段差部１２ｃの高さｈが９０ｍｍの場合と、３０ｍｍの場合とでの風洞実験による騒音の違いを示しているが、双方において余り差のないことが分かる。
【００４７】
頂部１２ａによる車両の走行方向の水平部分の長さＬにつき、対向気流２１に対して図１５（ａ）（ｂ）に示すような対向気流２１の流速と流れ角との舟体８レベルで見た相関性が数値流体シミュレーションから得られた。これによると、頂部１２ａの長さＬが長いほど、舟体８に働く対向気流２１の流速も、流れ角も小さくなり、空力音の発生や揚力変動に対する防止性能が向上することが分かる。しかし、頂部１２ａの長さＬは風防カバー１０の長さにそのまま影響し、ボリュウム、重量の増大を招くので、無闇に大きくすると車両のさらなる高速化を損ねかねない。
【００４８】
そこで、頂部１２ａの車両３の走行方向の長さにつき、集電装置１に対する図１、図２に示した反なびき側対向気流２１ａの向きで見た上流側スロープ部１２部のものの長さｌを、下流側のスロープ部１２のもの長さＬよりも長くする。このように、反なびき側対向気流２１ａの向きで見た上流側のスロープ部１２の頂部１２の長さｌを下流側のものの長さＬよりも長くすることで、下流側のスロープ部１２の頂部１２ａが徒に長くなるようなことなしに、反なびき側対向気流２１ａに対し集電装置１に先行して働くスロープ部１２の長ｌの頂部１２ａによるより長い整流作用を得て騒音防止や揚力変動を、なびき側対向気流２１が働く場合と同程度に抑えられる。従って、徒に重量化することなく空力音の発生や揚力変動をさらに抑えられ、車両のさらなる高速化に有効である。具体的には、図１
６（ａ）（ｂ）で示す対向気流２１の舟体８レベルでの流速と流れ角との風洞実験結果から、反なびき側で見た上流側のスロープ部１２の頂部１２ａの車両の走行方向の長さｌはほぼ２５０ｍｍ〜２０００ｍｍで好適である。
【００４９】
しかし、なびき側対向気流２１の向きで見た上流側スロープ部１２についての頂部１２ａの車両の走行方向前後の長さＬは、車両先頭部から所定近傍域にあるものについては、所定近傍域から外れるものよりも長くする。これは、車両先頭部から所定域内では境界層の発達の程度がまだ低く、対向気流２１の流速がまだ十分に低下していないのを、なびき側対向気流２１に対するスロープ部１２に続く頂部１２ａの寸法を所定域から外れるものよりも長くすることにより流速の低下を図って対応するものであり、実効がある。
【００５０】
なお、キャビティ部１３の側壁１３ｂは図１〜図３に示すように、車両３の走行方向前後の一方側に偏って、格納された舟体８に対する絶縁を図る切り欠き３１を有し、キャビティ部１３の両側に設ける防音壁２２をキャビティ部１３の前記切り欠き３１の車両走行方向前後での反偏り側で、キャビティ部１３よりも短くしている。これにより、風洞実験により判明したキャビティ部１３からの音源の偏りに対応して、両側防音壁２２を切り欠き３１の反偏り側でキャビティ部１３よりも図１、図２に示すように短くして、まわりへの騒音の発生を増すことなくボリュウムを小さくして軽量化するので、車両のさらなる高速化に有効である。具体的には、図２に示す例では２８５０ｍｍ−（１４７５ｍｍ＋１４５ｍｍ）＝１２３０ｍｍの縮小としてある。
【００５１】
以上を総合して、図１８〜図２０に示す比較例と本実施の形態の場合との、全体的な風洞実験による騒音測定では、図１７（ａ）になびき側、図１７（ｂ）に反なびき側の結果を示しているように、いずれの側でも本実施の形態のものは比較例に比して騒音が低減していることが検証されるし、軽量化も達成している。
【００５２】
防音壁の車両の走行方向前後での立ち上がりは対向気流２１に対して下流側に傾斜しているのがよく、ほぼ３０°の傾斜とすることにより、基部長さを徒に長くせずに、対向気流２１に対する空力抵抗を軽減しが低減してその分空力音の発生が抑えられるし、スロープ部およびキャビティ部による押上げ気流を乱しにくく揚力特性を低下させない利点がある。
【００５３】
防音壁の、基部の車両の走行方向の長さは、キャビティ部の前後壁間の長さほぼ２８５０ｍｍに対し、ほぼ４８５０ｍｍとすることにより、キャビティ音のまわりへの影響を防止しながら、長さが小さく、ボリュウムが小さくなり、軽量化がさらに進む。
【００５４】
また、スロープ部１２の両肩は丸みを持ったアール形状とすると対向気流２１に対する空力抵抗や揚力特性の条件がよい。アール形状の曲率半径Ｒとしては４０ｍｍを上回ってよく、１５０ｍｍでは４０ｍｍの場合に比して０．３ｄＢ程度低下した。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
新幹線車両での集電装置の防風カバーとして産業上実用できるのは勿論、そのさらなる高速化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る鉄道車両用の集電装置の風防カバー装置を示す斜視図である。
【図２】図１の風防カバー装置の側面図である。
【図３】図１の風防カバー装置の平面図である。
【図４】図１の風防カバー装置の正面図である。
【図５】図１の風防カバー装置におけるキャビティ部の前後壁間寸法の大小（ａ）〜（ｃ）３種類での対向気流の流れとの関係を示す側面図である。
【図６】図１の風防カバー装置におけるキャビティの大小の違いによるスロープ部の頂部および舟体部での対向気流の流れ角の関係を（ａ）（ｂ）にて示すグラフである。
【図７】図１の風防カバー装置における風洞実験での騒音測定を行なったときのマイクの設置位置を示す説明図である。
【図８】図７の設置マイクによる図１の防風カバー装置とそのキャビティを２００ｍｍ延長したものとの騒音測定結果を示すグラフである。
【図９】図１の風防カバー装置の集電装置の全体あり、舟体、集電アームなし、舟体なし、集電装置の全体なし、の各場合の騒音測定結果を示すグラフである。
【図１０】図１の風防カバー装置のスロープ部の立ち上がり基部切除によりできる段差部の高さの違いによる対向気流の流れとの関係を（ａ）（ｂ）で示す説明図である。
【図１１】図１０（ａ）での対向気流の流速ベクトルの分布を示す実験図である。
【図１２】図１０（ｂ）での対向気流の流速ベクトルの分布を示す実験図である。
【図１３】図１の風防カバー装置におけるスロープ部の立ち上がり角度の大小の違いによるスロープ部の頂部および舟体部での対向気流の流れ角の関係を（ａ）（ｂ）にて示すグラフである。
【図１４】図１の風防カバー装置のスロープ部の立ち上がり基部切除によりできる段差部の高さの違いによる騒音測定結果を示すグラフである。
【図１５】スロープ部の頂部の長さの違いによる対向気流の流速との関係と、流れ角、傾きとの関係とを（ａ）（ｂ）で示すグラフである。
【図１６】図１の風防カバー装置における反なびき側対向気流に対する上流側のスロープ部の頂部長さを、下流側のそれよりも長くするときの長さの大小の違いによる舟体部での対向気流の流速および流れ角との関係を（ａ）（ｂ）にて示すグラフである。
【図１７】図１の風防カバー装置と比較例とのなびき側対向気流に対するときと、反なびき側対向気流に対するときとの、騒音の計測結果を（ａ）（ｂ）で示すグラフである。
【図１８】比較例の風防カバー装置の側面図である。
【図１９】図１８の風防カバー装置の平面図である。
【図２０】図１８の風防カバー装置の正面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  集電装置
３  車両
４  屋根
５、６  碍子
７  基台
８  舟体
９  集電アーム
１０  風防カバー装置
１２  スロープ部
１２ａ  頂部
１２ｃ  段差部
１３  キャビティ
１３ａ  前後壁
１３ｂ  側壁
２１  対向気流、なびき側対向気流
２１ａ  反なびき側対向気流
【要約】
【課題】騒音のさらなる防止が図れて場合によっては軽量化もできるようにする。
【解決手段】  車両３の屋根４上に支持された集電装置１の車両走行方向の前後で集電装置１に向かって緩やかに立ち上がり最終部がほぼ水平な頂部１２ａとなるスロープ１２部と、これらスロープ部１２間に集電装置１の設置領域を残すキャビティ部１３とを少なくとも有して、車両走行時の騒音を低減する車両における集電装置の風防カバー装置において、キャビティ部１３の車両走行方向で見た前後壁１３ａ、１３ａ間を、集電装置１の前後のスロープ部１２との間に必要な絶縁距離を少なくとも満足する、最小またはそれに近い長さとすることにより、上記の目的を達成する。
【選択図】  図１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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