(57)【要約】【課題】集電装置の枠組に作用する空気力を簡単な構造によって低減して集電装置に作用する揚力を簡単に調整することができる集電装置の揚力調整構造を提供する。【解決手段】乱流遷移部１０は、集電装置３の枠組表面６ｅの流れＦによってこの枠組表面６ｅに形成される層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。枠組表面６ｅに乱流遷移部１０が存在する場合には、枠組表面６ｅの層流境界層が乱流境界層へと遷移し、乱流遷移部１０によって流れＦが乱されて活発に運動量交換が行われるようになる。このため、枠組表面６ｅから流れＦが剥離し難くなり、枠組表面６ｅから流れＦが剥離するのが遅れる。その結果、流れＦの剥離点が下流側に後退して枠組６の背後に発生するカルマン渦が弱まり、枠組６に作用する空気力Ｌ1が低減して、集電装置３に作用する揚力Ｌ2が調整される。【選択図】図３
2014003847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電装置に作用する揚力を調整する集電装置の揚力調整構造であって、
前記集電装置の枠組表面の流れによってこの枠組表面に形成される層流境界層を乱流境界層へと遷移させる乱流遷移部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項２】
請求項１に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組の関節部が上流側に位置する場合に、前記集電装置に作用する揚力を増加させるときには、この枠組の上枠の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組の関節部が上流側に位置する場合に、前記集電装置に作用する揚力を減少させるときには、この枠組の下枠の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組の関節部が下流側に位置する場合に、前記集電装置に作用する揚力を減少させるときには、この枠組の上枠の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組の関節部が下流側に位置する場合に、前記集電装置に作用する揚力を増加させるときには、この枠組の下枠の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項６】
請求項１に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組の上枠露出部が上流側から下流側に向かって上方に傾斜する場合に、前記集電装置に作用する揚力を増加させるときには、この枠組の上枠露出部の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項７】
請求項１又は請求項６に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組の上枠露出部が上流側から下流側に向かって下方に傾斜する場合に、前記集電装置に作用する揚力を減少させるときには、この枠組の上枠露出部の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組表面から流れが剥離する層流剥離点よりも上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組表面の長さ方向に沿って任意の長さで配置可能であること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組表面の突起部によってこの枠組表面の層流境界層を乱流境界層へと遷移させるボルテックスジェネレータを備えること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組表面の流れと交差する線状部によってこの枠組表面の層流境界層を乱流境界層へと遷移させるトリッピングワイヤを備えること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組表面の流れと交差するメッシュ部によってこの枠組表面の層流境界層を乱流境界層へと遷移させるラフネスを備えること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、
前記乱流遷移部は、前記枠組表面の凹凸部によってこの枠組表面の層流境界層を乱流境界層へと遷移させるディンプルを備えること、
を特徴とする集電装置の揚力調整構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、集電装置に作用する揚力を調整する集電装置の揚力調整構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３８に示す従来の集電装置１０３は、集電舟１０７を支持する枠組１０６と、架線１０１のトロリ線１０１ａと摺動するすり板１０７ａを支持する集電舟１０７などを備えている。枠組１０６は、集電舟１０７を支持する舟支え部１０６ａと、この舟支え部１０６ａに連結される上枠１０６ｂと、台枠１０４に連結される下枠１０６ｃと、上枠１０６ｂと下枠１０６ｃとを回転自在に連結する関節部１０６ｄなどを備えている。このような従来の集電装置１０３では、枠組１０６が傾斜して設置されている円柱部材であり、枠組１０６が流れＦを受けると主として枠組１０６を横切る（直交する）流速成分によってこの枠組１０６を横切る方向に空気力（抗力）Ｌ1が作用する。従来の集電装置１０３では、図３８（Ａ）に示すように、関節部１０６ｄが進行方向前側に位置するなびき方向に移動するときには、上枠１０６ｂを下降させる方向に空気力Ｌ1が作用するとともに、下枠１０６ｃを上昇させる方向に空気力Ｌ1が作用し、枠組１０６全体に作用する揚力に影響を及ぼす。一方、従来の集電装置１０３では、図３８（Ｂ）に示すように、関節部１０６ｄが進行方向後側に位置する反なびき方向に移動するときには、上枠１０６ｂを上昇させる方向に空気力Ｌ1が作用するとともに、下枠１０６ｃを下降させる方向に空気力Ｌ1が作用して、枠組１０６全体に作用する揚力に影響を及ぼす。
【０００３】
図３９に示す従来の集電装置１０３は、図３８に示す集電装置１０３とは異なり、枠組１０６の上枠露出部１０６ｆのみが風防部に覆われずに外部に露出している。このような従来の集電装置１０３では、図３８に示す集電装置１０３と同様に上枠露出部１０６ｆが傾斜して設置されている円柱部材であり、この上枠露出部１０６ｆに空気力Ｌ1が作用する。従来の集電装置１０３では、図３９（Ａ）に示すように、進行方向前側から進行方向後側に向かって上枠露出部１０６ｆが斜め上方に傾斜するなびき方向にこの上枠露出部１０６ｆが移動するときには、上枠露出部１０６ｆを下降させる方向の空気力Ｌ1が作用し、枠組１０６全体に作用する揚力に影響を及ぼす。一方、従来の集電装置１０３では、図３９（Ｂ）に示すように、進行方向前側から進行方向後側に向かって上枠露出部１０６ｆが斜め下方に傾斜する反なびき方向にこの上枠露出部１０６ｆが移動するときには、上枠露出部１０６ｆを上昇させる方向に空気力Ｌ1が作用して、枠組１０６全体に作用する揚力に影響を及ぼす。
【０００４】
従来、パンタグラフなどの集電装置の揚力を調整する場合には、トロリ線と摺動するすり板を支持する集電舟の形状を変更する方法と、この集電舟を支持する枠組の頂点の軌跡を変更する方法の２つが主として行われていた。従来の集電装置の揚力調整構造（以下、従来技術１という）は、形状が可変な風洞試験用模型を用い、風洞試験結果から算出された目的関数が最大又は最小になるよう、集電舟の形状を調整している（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１では、目的関数として揚力の値や迎角依存性、放射される空力音の大きさを採用する事で、所定の空気力特性や空力音特性を有する舟体形状を得ることができる。従来の集電装置の揚力調整構造（以下、従来技術２という）は、枠組の下枠及び釣り合い棒の車両屋根に対する取り付け位置を設定するとともに釣り合い棒の長さを設定している（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２では、枠組の下枠と釣り合い棒との水平方向の間隔を一定値に調整するとともに釣り合い棒の長さを長くすることによって、舟体の移動軌跡を垂直方向に近づけて舟体に作用する揚力を略一定にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2009-145259号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平10-108303号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術１は、目的関数として揚力の値や迎角依存性、放射される空力音の大きさを採用する事で、所定の空気力特性や空力音特性を有する舟体形状を得ることができる。しかし、従来技術１では、舟体の場合には所定の空気力特性と空力音特性を同時に満たす事が必要であり、舟体形状の制約条件によっては複雑な形状となり、舟体質量の増加による追随性能の悪化、製造コストの上昇を招くといった問題点がある。さらに、従来技術１を用いずに試行錯誤で形状を変更する場合には、供試体の試作と試験に要するコストも大きな問題点である。従来技術２は、枠組の頂点の軌跡を変更することによって舟体に作用する揚力の変動を抑えている。しかし、従来技術２では、集電装置の基本となる枠組の姿勢に関係する技術であり、押し上げ力特性や折り畳み動作機構などにも影響する部分であるため、既存の集電装置に容易に適用することができない問題点がある。また、集電装置では、集電装置に作用する揚力を集電装置の開発段階から調整することが多い。しかし、従来技術１，２では、開発の最終段階で集電装置の揚力を調整することが困難であり、既存の集電装置についても揚力を調整することが困難であった。
【０００８】
この発明の課題は、集電装置の枠組に作用する空気力を簡単な構造によって低減して集電装置に作用する揚力を簡単に調整することができる集電装置の揚力調整構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１〜図３７に示すように、集電装置（３）に作用する揚力（Ｌ2）を調整する集電装置の揚力調整構造であって、前記集電装置の枠組表面（６ｅ）の流れ（Ｆ）によってこの枠組表面に形成される層流境界層を乱流境界層へと遷移させる乱流遷移部（１０）を備えることを特徴とする集電装置の揚力調整構造（９）である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の集電装置の揚力調整構造において、図１（Ａ）〜図３（Ａ）、図１０（Ａ）〜図１２（Ａ）、図１７（Ａ）〜図１９（Ａ）及び図２４（Ａ）〜図２６（Ａ）に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組の関節部（６ｄ）が上流側に位置する場合に、前記集電装置に作用する揚力を増加させるときには、この枠組の上枠（６ｂ）の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の集電装置の揚力調整構造において、図１（Ｂ）〜図３（Ｂ）、図１０（Ｂ）〜図１２（Ｂ）、図１７（Ｂ）〜図１９（Ｂ）及び図２４（Ｂ）〜図２６（Ｂ）に示すように、  前記乱流遷移部は、前記枠組の関節部（６ｄ）が上流側に位置する場合に、前記集電装置に作用する揚力を減少させるときには、この枠組の下枠（６ｃ）の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、図４（Ａ）〜図６（Ａ）、図１３（Ａ）〜図１５（Ａ）、図２０（Ａ）〜図２２（Ａ）及び図２７（Ａ）〜図２９（Ａ）に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組の関節部（６ｄ）が下流側に位置する場合に、前記集電装置に作用する揚力を減少させるときには、この枠組の上枠（６ｂ）の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、図４（Ｂ）〜図６（Ｂ）、図１３（Ｂ）〜図１５（Ｂ）、図２０（Ｂ）〜図２２（Ｂ）及び図２７（Ｂ）〜図２９（Ｂ）に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組の関節部（６ｄ）が下流側に位置する場合に、前記集電装置に作用する揚力を増加させるときには、この枠組の下枠（６ｃ）の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１に記載の集電装置の揚力調整構造において、図３１〜図３３に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組の上枠露出部（６ｆ）が上流側から下流側に向かって上方に傾斜する場合に、前記集電装置に作用する揚力を増加させるときには、この枠組の上枠露出部の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１又は請求項６に記載の集電装置の揚力調整構造において、図３４〜図３６に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組の上枠露出部（６ｆ）が上流側から下流側に向かって下方に傾斜する場合に、前記集電装置に作用する揚力を減少させるときには、この枠組の上枠露出部の上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、図７〜図９、図１６、図２３及び図３０に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組表面から流れが剥離する層流剥離点よりも上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、前記乱流遷移部は、前記枠組表面の長さ方向に沿って任意の長さで配置可能であることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、図１〜図９に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組表面の突起部によってこの枠組表面の層流境界層を乱流境界層へと遷移させるボルテックスジェネレータ（１０ａ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００１９】
請求項１１の発明は、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、図１０〜図１６に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組表面の流れと交差する線状部によってこの枠組表面の層流境界層を乱流境界層へと遷移させるトリッピングワイヤ（１０ｂ）を備えることを特徴としている集電装置の揚力調整構造である。
【００２０】
請求項１２の発明は、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、図１７〜図２３に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組表面の流れと交差するメッシュ部によってこの枠組表面の層流境界層を乱流境界層へと遷移させるラフネス（１０ｃ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【００２１】
請求項１３の発明は、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整構造において、図２４〜図３０に示すように、前記乱流遷移部は、前記枠組表面の凹凸部によってこの枠組表面の層流境界層を乱流境界層へと遷移させるディンプル（１０ｄ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力調整構造である。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によると、集電装置の枠組に作用する空気力を簡単な構造によって低減して集電装置に作用する揚力を簡単に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す側面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの側面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの側面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す正面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの正面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの正面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの斜視図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの斜視図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す側面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの側面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの側面図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す正面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの正面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの正面図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの斜視図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの斜視図である。
【図７】この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造の作用を説明するための概念図である。
【図８】この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造の作用を説明するための模式図であり、（Ａ）は枠組が乱流遷移部を備えている場合の枠組周辺の流れを模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は枠組が乱流遷移部を備えていない場合の枠組周辺の流れを模式的に示す断面図である。
【図９】この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造の作用を説明するための模式図であり、（Ａ）は枠組が乱流遷移部を備えている場合の枠組表面の流れを模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は枠組が乱流遷移部を備えていない場合の枠組表面の流れを模式的に示す断面図である。
【図１０】この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す側面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの側面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの側面図である。
【図１１】この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す正面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの正面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの正面図である。
【図１２】この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの斜視図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの斜視図である。
【図１３】この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す側面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの側面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの側面図である。
【図１４】この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す正面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの正面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの正面図である。
【図１５】この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの斜視図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの斜視図である。
【図１６】この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力調整構造の作用を説明するための概念図である。
【図１７】この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す側面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの側面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの側面図である。
【図１８】この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す正面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの正面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの正面図である。
【図１９】この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの斜視図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの斜視図である。
【図２０】この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す側面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの側面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの側面図である。
【図２１】この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す正面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの正面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの正面図である。
【図２２】この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの斜視図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの斜視図である。
【図２３】この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力調整構造の作用を説明するための概念図である。
【図２４】この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す側面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの側面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの側面図である。
【図２５】この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す正面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの正面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの正面図である。
【図２６】この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときの状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの斜視図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの斜視図である。
【図２７】この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す側面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの側面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの側面図である。
【図２８】この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す正面図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの正面図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの正面図である。
【図２９】この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときの状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電装置に作用する揚力を減少させるときの斜視図であり、（Ｂ）は集電装置に作用する揚力を増加させるときの斜視図である。
【図３０】この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整構造の作用を説明するための概念図である。
【図３１】この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときに集電装置に作用する揚力を増加させるときの側面図である。
【図３２】この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときに集電装置に作用する揚力を増加させるときの正面図である。
【図３３】この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置がなびき方向に移動するときに集電装置に作用する揚力を増加させるときの斜視図である。
【図３４】この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときにこの集電装置に作用する揚力を減少させるときの側面図である。
【図３５】この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときに集電装置に作用する揚力を減少させるときの正面図である。
【図３６】この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置が反なびき方向に移動するときに集電装置に作用する揚力を減少させるときの斜視図である。
【図３７】この発明の第６実施形態に係る集電装置の揚力調整構造を備える集電装置を風洞試験装置の風洞測定部に設置した状態を概略的に示す外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図３８】従来のシングルアーム型パンタグラフの枠組に作用する空気力による揚力への影響を模式的に示す側面図であり、（Ａ）は枠組がなびき方向に移動するときに枠組に作用する空気力の方向を模式的に示す側面図であり、（Ｂ）は枠組が反なびき方向に移動するときに枠組に作用する空気力の方向を模式的に示す側面図である。
【図３９】従来の上枠露出型パンタグラフの枠組に作用する空気力による揚力への影響を模式的に示す側面図であり、（Ａ）は枠組がなびき方向に移動するときに枠組に作用する空気力の方向を模式的に示す側面図であり、（Ａ）は枠組が反なびき方向に移動するときに枠組に作用する空気力の方向を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１〜図６に示す架線１は、線路上空に架設される架空電車線であり、所定の間隔をあけて支持点で支持されている。トロリ線１ａは、集電装置３が接触移動する電線であり、集電装置３が摺動することによって、車両２に負荷電流を供給する。図１、図２、図４及び図５に示す車両２は、電車又は電気機関車などの電気車であり、例えば高速で走行する新幹線（登録商標）などの鉄道車両である。車体２ａは、乗客又は貨物を積載し輸送するための構造物である。
【００２５】
図１〜図６に示す集電装置３は、トロリ線１ａから電力を車両２に導くための装置である。集電装置３は、図１、図２、図４及び図５に示す台枠４と、碍子５と、図１〜図６に示す枠組６と、集電舟（舟体）７と、図１、図２、図４及び図５に示す風防部８と、図１〜図６に示す揚力調整構造９などを備えている。図１、図２、図４及び図５に示す台枠４は、枠組６を支持して車体２ａの屋根上に設置される部材であり碍子５上に設置されている。碍子５は、車体２ａと台枠４との間を電気的に絶縁する部材である。図１〜図６に示す枠組６は、集電舟７を支持する部材であり、集電舟７を支持した状態で上下方向に動作可能なリンク機構である。枠組６は、台枠４に取り付けられて上昇力を付与する主ばね（押上げ用ばね）によって上方に押上げられている。枠組６は、舟支え部６ａと、上枠６ｂと、下枠６ｃと、関節部（屈曲部）６ｄと、枠組表面６ｅなどを備えている。舟支え部６ａは、集電舟７を支持する部分である。舟支え部６ａは、集電舟７を架線１に対して水平に押上げる機構部である。上枠６ｂは、舟支え部６ａに回転自在に連結される部材であり、下枠６ｃは図示しない主軸に固定される部材であり、関節部６ｄは上枠６ｂと下枠６ｃとが回転自在に連結される中間ヒンジとして機能する部分である。枠組表面６ｅは、枠組６の外周面であり、枠組６の中心線と直交する平面で切断したときの断面形状が略円形の湾曲面である。集電装置３は、車両２の進行方向（図中Ａ方向）に対して非対称であり、一方向又は両方向に使用可能なシングルアーム式パンタグラフである。図１〜図３に示す集電装置３は、車両２の進行方向前側に関節部６ｄが位置するなびき方向に移動しており、図４〜図６に示す集電装置３は車両２の進行方向後側に関節部６ｄが位置する反なびき方向に移動している。
【００２６】
図１〜図６に示す集電舟７は、すり板７ａが取り付けられ支持される部材である。集電舟７は、一般にトロリ線１ａと直交する方向（まくらぎ方向）に伸びた細長い金属製の柱状部材である。集電舟７は、すり板７ａとホーン７ｂなどを備えている。集電舟７は、例えば、すり板７ａが複数に分割された多分割すり板体であり、すり板７ａを多数のすり板片に分割することによって、トロリ線１ａと接触して加振されるすり板７ａの質量を低減し、トロリ線１ａに対する追従性能を向上させた新幹線用（高速用）パンタグラフの集電舟である。集電舟７は、図１、図３、図４及び図６に示すように、この集電舟７の中心軸に対して前後対称であり、前後がいずれも同一形状に形成されている。
【００２７】
図１〜図６に示すすり板７ａは、トロリ線１ａと摺動する部材である。すり板７ａは、車両２の進行方向と直交する方向に伸びた金属製又は炭素製の板状部材である。すり板７ａは、集電舟７とは別個に製造される別部品であり、集電舟７の上面に形成された凹部に収容されており、この集電舟７と一体に取り付けられている。すり板７ａは、集電舟７との間で相対変位可能なようにばねなどの弾性体によって支持されている。図２及び図５に示すすり板７ａの中央部は、車両２が本線走行時に主にトロリ線１ａと摺動する主すり板として機能し、すり板７ａの両端部は主すり板に比べて摺動頻度が低い補助すり板として機能する。すり板７ａには、トロリ線１ａと接触移動（摺動）して大電流が流れるため、一定の機械的強度、導電性及び耐摩耗性などが要求される。
【００２８】
ホーン７ｂは、車両２が分岐器を通過するときに、この分岐器の上方で交差する２本のトロリ線１ａのうち車両２の進行方向とは異なる方向のトロリ線１ａへの割込みを防止するための部材である。ホーン７ｂは、集電舟７の長さ方向の両端部から突出しており、先端部が湾曲して形成された金属製の部材である。
【００２９】
図１、図２、図４及び図５に示す風防部８は、気流の乱れを防ぐ部材である。風防部８は、枠組６を昇降させるための機構部などを覆うカバーであり、台枠４に気流が当たるのを防ぐ。風防部８は、気流の流れＦを妨げないような形状に形成されており、台枠４に着脱自在に装着されている。
【００３０】
図１〜図７に示す揚力調整構造９は、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を調整する構造である。揚力調整構造９は、枠組表面６ｅから突出して層流境界層の乱流遷移を促進させて、流れＦの剥離位置を遅らせる（下流側に移動させる）ことによって、枠組６に作用する空気力Ｌ1を低減させて揚力Ｌ2を調整する。揚力調整構造９は、乱流遷移部１０などを備えている。
【００３１】
乱流遷移部１０は、集電装置３の枠組表面６ｅの流れＦによってこの枠組表面６ｅに形成される層流境界層を乱流境界層へと遷移させる部分である。乱流遷移部１０は、枠組表面６ｅで流れＦが剥離してこの枠組表面６ｅの背後に生成されるカルマン渦を低減することによって、枠組６に作用する空気力Ｌ1を低減する。
【００３２】
乱流遷移部１０は、図１（Ａ）〜図３（Ａ）に示すように、枠組６の関節部６ｄが上流側に位置する場合に、この集電装置３に作用する揚力Ｌ2を増加させるときには、この枠組６の上枠６ｂの上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。乱流遷移部１０は、枠組６の関節部６ｄが進行方向前側になるなびき方向に集電装置３が移動する場合に、集電装置３を上昇させる方向に作用する揚力Ｌ2を増加させる。乱流遷移部１０は、枠組６の上枠６ｂの上面の長さ方向に沿って配置されており、上枠６ｂを下降させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減する。一方、乱流遷移部１０は、図１（Ｂ）〜図３（Ｂ）に示すように、枠組６の関節部６ｄが上流側に位置する場合に、この集電装置３に作用する揚力Ｌ2を減少させるときには、この枠組６の下枠６ｃの上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。乱流遷移部１０は、枠組６の関節部６ｄが進行方向前側になるなびき方向に移動する場合に、集電装置３を上昇させる方向に作用する揚力Ｌ2を減少させる。乱流遷移部１０は、枠組６の下枠６ｃの下面の長さ方向に沿って配置されており、下枠６ｃを上昇させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減する。
【００３３】
乱流遷移部１０は、図４（Ａ）〜図６（Ａ）に示すように、枠組６の関節部６ｄが下流側に位置する場合に、この集電装置３に作用する揚力Ｌ2を減少させるときには、この枠組６の上枠６ｂの上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。乱流遷移部１０は、枠組６の関節部６ｄが進行方向後側になる反なびき方向に集電装置３が移動する場合に、集電装置３を上昇させる方向の揚力Ｌ2を減少させる。乱流遷移部１０は、枠組６の上枠６ｂの下面の長さ方向に沿って配置されており、上枠６ｂを上昇させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減する。一方、乱流遷移部１０は、図４（Ｂ）〜図６（Ｂ）に示すように、枠組６の関節部６ｄが下流側に位置する場合に、この集電装置３に作用する揚力Ｌ2を減少させるときには、この枠組６の下枠６ｃの上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。乱流遷移部１０は、枠組６の関節部６ｄが進行方向後側になる反なびき方向に集電装置３が移動する場合に、集電装置３を上昇させる方向に作用する揚力Ｌ2を増加させる。乱流遷移部１０は、枠組６の下枠６ｃの下面の長さ方向に沿って配置されており、下枠６ｃを下降させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減する。
【００３４】
乱流遷移部１０は、枠組６の背後に発生するカルマン渦が弱まり、枠組６に作用する空気力Ｌ1が低減するように、図７に示すように枠組表面６ｅから流れＦが剥離する層流剥離点よりも上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。乱流遷移部１０は、例えば、枠組６のような円柱部材の場合にはこの枠組６の中心線よりも上流側で流れＦが剥離するため、流れＦの剥離点よりもさらに上流側に配置される。乱流遷移部１０は、枠組表面６ｅの長さ方向に沿って任意の長さで配置可能であり、乱流遷移部１０の長さを調整することによって集電舟７に作用する揚力Ｌ2が調整される。乱流遷移部１０は、例えば、既存の集電装置３に適用する場合には、この集電装置３の枠組表面６ｅに接着剤などによって取り付けられており、新品の集電装置３に適用する場合にはこの集電装置３の枠組表面６ｅに溶接などによって一体に形成されている。
【００３５】
乱流遷移部１０は、図１〜図７に示すように、枠組表面６ｅの突起部によってこの枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層へと遷移させるボルテックスジェネレータ(Vortex Generator)１０ａなどを備えている。ボルテックスジェネレータ１０ａは、渦流を積極的に発生させて乱流を促進させ、剥離位置を遅らせる（下流側に移動させる）ことによって、境界層における流れＦの剥離を発生し難くする機能を有する。ボルテックスジェネレータ１０ａは、例えば、航空機の剥離防止などに使用される突起状の渦発生装置であり、ボルテックスジェネレータ１０ａは、図１〜図７に示すように、外観形状が略四角柱又は略半円柱状の部材であり、枠組６の枠組表面６ｅの長さ方向に所定の間隔をあけて２列配置されている。ボルテックスジェネレータ１０ａは、例えば、枠組表面６ｅの長さ方向において隣接する突起部の中心線が略90°ずれるようにこれらの隣接する突起部が互い違いに等間隔で配置されている。
【００３６】
次に、この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造の作用を説明する。
図９（Ｂ）に示すように、枠組６の枠組表面６ｅの上流側では気流の粘性のため流速Ｖがゼロであり、枠組表面６ｅから離れるにつれて流速Ｖが増加し、枠組表面６ｅからある程度の厚さ（境界層の厚さ）を超えると流速Ｖが略一定となる。ここで、流速Ｖがゼロから一定値をとるまでの領域は気流の粘性を強く受ける領域であり、この領域を境界層とよぶ。図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）に示すように、枠組表面６ｅに乱流遷移部１０が存在しない場合には、枠組表面６ｅの上流側から僅かに離れた下流側の境界層内で気流が逆流し、境界層が枠組表面６ｅから離れた位置に形成されて、この枠組表面６ｅから流れＦが剥離する。その結果、図８（Ｂ）に示すように、枠組６が流れ場に斜めに配置された円柱部材であるため、枠組表面６ｅから剥離した流れＦが枠組６の背後に交互に回り込みカルマン渦Ｆ1が発生する。
【００３７】
一方、図８（Ａ）及び図９（Ａ）に示すように、枠組表面６ｅに乱流遷移部１０が存在する場合には、図９（Ａ）に示すように枠組表面６ｅの層流境界層が乱流境界層へと遷移し、乱流遷移部１０によって流れＦが乱されて活発に運動量交換が行われるようになり、境界層外部の流体から境界層内部へと運動量が供給される。このため、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）に示す枠組表面６ｅに乱流遷移部１０が存在しない場合に比べて気流の逆流が生じにくくなり、その結果、枠組表面６ｅから流れＦが剥離し難くなり、枠組表面６ｅから流れＦが剥離するのが遅れる。その結果、流れＦの剥離点が下流側に後退して枠組６の背後に発生するカルマン渦Ｆ1が弱まり、図１及び図４に示す枠組６に作用する空気力Ｌ1が低減して、集電装置３に作用する揚力Ｌ2が調整される。
【００３８】
一般に、流れに直行する方向に配置された円柱周りの流れについては、レイノルズ数＝「円柱直径」×「円柱を横切る流速」÷「動粘性係数」が2.0×105よりも小さい場合には、円柱表面の境界層は層流境界層であり、流れが円柱の中心線よりも上流側で剥離するいわゆる層流剥離を生じている。新幹線パンタグラフの枠組６については、流れＦに対して傾斜して配置された円柱部材であり、「円柱直径」＝70mm程度、「円柱を横切る流速」＝300km/h×sinθ（θ：枠組の傾斜角度）、「動粘性係数」＝1.5×10-5  m2/s （20℃空気）である。枠組６の傾斜角度は20°程度が一般的であるが、レイノルズ数が大きめになるように30°と見積もると、新幹線パンタグラフの枠組６のレイノルズ数は、大きく見積もっても0.07m×83.3m/s×1/2÷1.5×10-5 m2/s＝1.9×105となる。したがって、枠組表面６ｅの境界層は層流境界層であり、枠組表面６ｅの境界層が層流剥離を生じているが、乱流遷移部１０によって層流境界層を乱流境界層へと遷移させることが可能であり、乱流遷移部１０が有効になる。
【００３９】
乱流遷移部１０を枠組表面６ｅに装着することによって、乱流遷移部１０からの渦音による空力音の増加が見込まれる。しかし、枠組６の後流に生ずるカルマン渦Ｆ1が低減するため、枠組６から生ずる空力音も低減可能であると考えられる。このため、乱流遷移部１０からの空力音の増加と枠組６からの空力音の低減との相殺効果によって、全体としては空力音の増減量は僅かであると考えられる。
【００４０】
従来技術１のような舟体形状を変更する場合や、従来技術２のような頂点軌跡を変更する場合では、集電装置がなびき方向に移動する場合と集電装置が反なびき方向に移動する場合とで揚力特性が変化してしまい、一方向の揚力特性のみを調整することが困難である。この第１実施形態では、図１〜図６に示すように、枠組表面６ｅの上流側に乱流遷移部１０が位置する場合にのみ乱流遷移機構として機能するため、枠組表面６ｅの下流側に乱流遷移部１０が位置する場合には乱流遷移機構として機能せず、流れ場に影響を及ぼさない。例えば、図１〜図３に示すように、集電装置３がなびき方向（図中Ａ方向）に移動するときに集電装置３に作用する揚力Ｌ2が調整されるが、この集電装置３が反なびき方向（図中Ａ方向とは反対方向）に移動するときには集電装置３に作用する揚力Ｌ2に影響を与えない。同様に、図４〜図６に示すように、集電装置３が反なびき方向（図中Ａ方向）に移動するときに集電装置３に作用する揚力Ｌ2が調整されるが、この集電装置３がなびき方向（図中Ａ方向とは反対方向）に移動するときには集電装置３に作用する揚力Ｌ2に影響を与えない。このため、なびき方向に移動する集電装置３に作用する揚力Ｌ2と、反なびき方向に移動する集電装置３に作用する揚力Ｌ2とが独立して調整される。
【００４１】
この発明の第１実施形態に係る集電装置の揚力調整構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、集電装置３の枠組表面６ｅの流れＦによってこの枠組表面６ｅに形成される層流境界層を乱流境界層へと乱流遷移部１０が遷移させる。このため、枠組６の背後に発生するカルマン渦Ｆ1の負圧を低減させることによって、この枠組６に作用する空気力Ｌ1を低減させて、集電舟７に作用する揚力Ｌ2を簡単に調整することができる。その結果、開発の最終段階の集電装置３や既存の集電装置３に対して、これらの集電装置の枠組６に作用する空気力Ｌ1を低減し、この集電装置３に作用する揚力Ｌ2を簡単に調整することができる。また、枠組６に作用する空気力Ｌ1を低減する必要のある部位にのみ乱流遷移部１０を適用することによって、調整したい条件で揚力Ｌ2のみを簡単に調整することができる。
【００４２】
(2) この第１実施形態では、枠組６の関節部６ｄが上流側に位置する場合に、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を増加させるときには、この枠組６の上枠６ｂの上流側で乱流遷移部１０が層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。このため、図１（Ａ）〜図３（Ａ）に示すように、なびき方向に移動する枠組６の上枠６ｂの上流側に簡単な構造の乱流遷移部１０を配置するだけで、上枠６ｂを下降させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減させて、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を容易に増加させることができる。
【００４３】
(3) この第１実施形態では、枠組６の関節部６ｄが上流側に位置する場合に、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を減少させるときには、この枠組６の下枠６ｃの上流側で乱流遷移部１０が層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。このため、図１（Ｂ）〜図３（Ｂ）に示すように、なびき方向に移動する枠組６の下枠６ｃの上流側に簡単な構造の乱流遷移部１０を配置するだけで、下枠６ｃを上昇させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減させて、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を容易に減少させることができる。
【００４４】
(4) この第１実施形態では、枠組６の関節部６ｄが下流側に位置する場合に、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を減少させるときには、この枠組６の上枠６ｂの上流側で乱流遷移部１０が層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。このため、図４（Ａ）〜図６（Ａ）に示すように、反なびき方向に移動する枠組６の下枠６ｃの上流側に簡単な構造の乱流遷移部１０を配置するだけで、上枠６ｂを上昇させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減させて、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を容易に減少させることができる。
【００４５】
(5) この第１実施形態では、枠組６の関節部６ｄが下流側に位置する場合に、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を増加させるときには、この枠組６の下枠６ｃの上流側で乱流遷移部１０が層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。このため、図４（Ｂ）〜図６（Ｂ）に示すように、反なびき方向に移動する枠組６の上枠６ｂの上流側に簡単な構造の乱流遷移部１０を配置するだけで、下枠６ｃを下降させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減させて、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を容易に増加させることができる。
【００４６】
(6) この第１実施形態では、枠組表面６ｅから流れＦが剥離する層流剥離点よりも上流側で乱流遷移部１０が層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。このため、枠組表面６ｅから流れＦが剥離する前にこの枠組表面６ｅの流れＦを乱し、この枠組表面６ｅから流れＦを剥離し難くすることができる。その結果、枠組表面６ｅから流れＦが剥離するのが遅れて流れＦの剥離点が下流側に後退し、枠組６の背後に発生するカルマン渦Ｆ1を弱めることができる。
【００４７】
(7) この第１実施形態では、枠組表面６ｅの長さ方向に沿って乱流遷移部１０が任意の長さで配置可能である。このため、乱流遷移部１０の適用範囲の長さを調整することによって、枠組６に作用する空気力Ｌ1の低減量（揚力調整量）を任意に調整して、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を微調整することができる。例えば、図１（Ａ）に示す上枠６ｂの長さ方向の全範囲に乱流遷移部１０を配置した場合には、揚力Ｌ2が大きくなりすぎるようなときには、乱流遷移部１０の設置範囲を短く調整して揚力Ｌ2が過大になるのを抑えることができる。
【００４８】
(8) この第１実施形態では、枠組表面６ｅの突起部によってこの枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層へと遷移させるボルテックスジェネレータ１０ａを乱流遷移部１０が備えている。このため、渦を誘起するような簡単な構造のボルテックスジェネレータ１０ａによって、枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層に容易に遷移させることができる。
【００４９】
（第２実施形態）
以下では、図１〜図９に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図１０〜図１６に示す乱流遷移部１０は、枠組表面６ｅの流れＦと交差する線状部によってこの枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層へと遷移させるトリッピングワイヤ(Trapping Wire)１０ｂなどを備えている。トリッピングワイヤ１０ｂは、例えば、一般に使用されるワイヤのような小さな突起であり、渦流を積極的に発生させて境界層における流れＦの剥離を発生し難くする機能を有する。トリッピングワイヤ１０ｂは、図１６に示すように、断面形状が略円形の部材であり、図１１、図１２、図１４及び図１５に示すように枠組６の枠組表面６ｅの長さ方向に沿って所定の間隔をあけて２列配置されている。トリッピングワイヤ１０ｂは、図１６に示すように、枠組表面６ｅの層流剥離点よりも上流側に接着剤などによって貼り付けられている。
【００５０】
この発明の第２実施形態に係る集電装置の揚力調整構造には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、枠組表面６ｅの流れＦと交差する線状部によってこの枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層へと遷移させるトリッピングワイヤ１０ｂを乱流遷移部１０が備えている。このため、渦を誘起するような簡単な構造のトリッピングワイヤ１０ｂによって、枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層に容易に遷移させることができる。
【００５１】
（第３実施形態）
図１７〜図２３に示す乱流遷移部１０は、枠組表面６ｅの流れＦと交差するメッシュ部によってこの枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層へと遷移させるラフネス(Roughness)１０ｃなどを備えている。ラフネス１０ｃは、例えば、金網のような小さな凹凸であり、渦流を積極的に発生させて境界層における流れＦの剥離を発生し難くする機能を有する。ラフネス１０ｃは、図１７〜図２３に示すように、枠組６の枠組表面６ｅの長さ方向に沿って所定の幅で２列配置されている。ラフネス１０ｃは、枠組表面６ｅの層流剥離点よりも上流側に接着剤などによって貼り付けられている。
【００５２】
この発明の第３実施形態に係る集電装置の揚力調整構造には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第３実施形態では、枠組表面６ｅの流れＦと交差するメッシュ部によってこの枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層へと遷移させるラフネス１０ｃを乱流遷移部１０が備えている。このため、渦を誘起するような簡単な構造のラフネス１０ｃによって枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層に容易に遷移させることができる。
【００５３】
（第４実施形態）
図２４〜図３０に示す乱流遷移部１０は、枠組表面６ｅの凹凸部によってこの枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層へと遷移させるディンプル(Dimple)１０ｄなどを備えている。ディンプル１０ｄは、例えば、ゴルフボールの表面に近似した小さな凹凸であり、渦流を積極的に発生させて境界層における流れＦの剥離を発生し難くする機能を有する。ディンプル１０ｄは、図２４〜図３０に示すように、枠組６の枠組表面６ｅの長さ方向に沿って所定の幅で１列配置されている。ディンプル１０ｄは、枠組表面６ｅの層流剥離点よりも上流側に配置されている。ディンプル１０ｄは、新製の集電装置３の場合には枠組表面６ｅに製造段階で予め凹凸が形成されており、既存の集電装置３の場合には表面に凹凸を有する柔軟な板材などが接着剤などによって貼り付けられている。
【００５４】
この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整構造には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第４実施形態では、枠組表面６ｅの凹凸部によってこの枠組表面６ｅの層流境界層を乱流境界層へと遷移させるディンプル１０ｄを乱流遷移部１０が備えている。このため、渦を誘起するような簡単な構造のディンプル１０ｄによって枠組表面６ｅを層流境界層から乱流境界層に容易に遷移させることができる。
【００５５】
（第５実施形態）
図３１〜図３６に示す集電装置３は、下枠６ｃを短縮化して関節部６ｄとともに風防部８内に収容し上枠６ｂのみが露出する下枠短縮型のシングルアーム式パンタグラフ、又は関節部６ｄを省略して上枠６ｂのみが露出する一本主枠型のシングルアーム式パンタグラフなどである。集電装置３は、上枠露出部６ｆを備えており、この上枠露出部６ｆは上枠６ｂの全部又は一部が風防部８によって覆われずに、この風防部８から露出する部分である。
【００５６】
乱流遷移部１０は、図３１〜図３３に示すように、枠組６の上枠露出部６ｆが上流側から下流側に向かって上方に傾斜する場合に、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を増加させるときには、この枠組６の上枠露出部６ｆの上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。乱流遷移部１０は、例えば、枠組６の上枠露出部６ｆが進行方向前側から進行方向後側に向かって斜め上方に傾斜するなびき方向に集電装置３が移動する場合に、この集電装置３を上昇させる方向に作用する揚力Ｌ2を増加させるときには、枠組６の上枠６ｂの上面の長さ方向に沿って配置されて、上枠露出部６ｆを下降させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減する。
【００５７】
一方、乱流遷移部１０は、図３４〜図３６に示すように、枠組６の上枠露出部６ｆが上流側から下流側に向かって下方に傾斜する場合に、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を減少させるときには、この枠組の上枠露出部６ｆの上流側で層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。乱流遷移部１０は、例えば、枠組６の上枠露出部６ｆが進行方向前側から進行方向後側に向かって斜め下方に傾斜する反なびき方向に集電装置３が移動する場合に、この集電装置３に作用する揚力Ｌ2を減少させるときには、枠組６の上枠６ｂの上面の長さ方向に沿って配置されて、上枠露出部６ｆを上昇させる方向に作用する空気力Ｌ1を低減する。
【００５８】
この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整構造には、第１実施形態〜第４実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第５実施形態では、枠組６の上枠露出部６ｆが上流側から下流側に向かって上方に傾斜する場合に、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を増加させるときには、この枠組６の上枠露出部６ｆの上流側に乱流遷移部１０で層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。また、この第５実施形態では、枠組６の上枠露出部６ｆが上流側から下流側に向かって下方に傾斜する場合に、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を減少させるときには、この枠組６の上枠露出部６ｆの上流側に乱流遷移部１０で層流境界層を乱流境界層へと遷移させる。このため、枠組６の背後に発生するカルマン渦Ｆ1の負圧を低減させることによって、この枠組６に作用する空気力Ｌ1を低減させて、集電舟７に作用する揚力Ｌ2を簡単に調整することができる。
【００５９】
（第６実施形態）
図３７に示す集電装置３は、風洞試験装置１１によって種々の試験が実施される試験対象物（供試体）である。集電装置３は、例えば、図１〜図３６に示すような実際の鉄道車両の集電装置又はこの集電装置を模擬（縮小）した模型集電装置である。風洞試験装置１１は、集電装置３が流れＦを受けるときに、この流れＦによって生ずるこの集電装置３の挙動を測定する装置である。風洞試験装置１１は、例えば、図３７に示すように、風洞測定部１２内の集電装置３に空気を流し、この空気の流れＦによってこの集電装置３から発生する揚力Ｌ2又は空力騒音などを測定する開放胴型風洞試験装置である。風洞試験装置１１は、風洞測定部１２と風洞１３などを備えている。
【００６０】
風洞測定部１２は、集電装置３を設置する部分である。風洞測定部１２は、風洞１３のノズル１３ａと吸込口１３ｂとの間に配置されており、集電装置３を支持する支持台１２ａを備えている。風洞１３は、空気力学的な諸問題を実験的に調査するために人工的な空気の流れＦを作る装置である。風洞１３は、一定の性状の風を人工的に送風する図示しない送風機、ダクト及び整流装置などを備えているとともに、ノズル１３ａと、吸込口１３ｂなどを備えている。ノズル１３ａは、空気を噴出して風洞測定部１２に一様な流れＦを作りこの風洞測定部１２に空気を吹き出す部分である。吸込口１３ｂは、風洞測定部１２から空気を回収する部分である。
【００６１】
次に、この発明の第６実施形態に係る集電装置の揚力調整構造の作用を説明する。
図３７に示すように、風洞試験装置１１の風洞測定部１２内に集電装置３を設置して図中矢印方向に気流を流すと、集電舟７を上昇させる方向の揚力Ｌ2や集電舟７を下降させる方向の揚力Ｌ2が集電装置３に作用する。例えば、集電装置３全体として組み上げた状態で風洞試験を実施する場合には、集電舟７単体で風洞試験を実施する場合に比べて、枠組６などの他の部品と干渉して流れ場が変化する。その結果、集電装置３に作用する揚力Ｌ2を適正値に調整する必要がある。例えば、図１（Ａ）〜図３（Ａ）に示す集電舟７を上昇させる方向の揚力Ｌ2を増加させる必要があるときには、上枠６ｂの枠組表面６ｅに乱流遷移部１０を取り付ける。その結果、枠組６の上枠６ｂを下降させる方向に作用する空気力Ｌ1が低下して、集電装置３に作用する揚力Ｌ2が適正値に設定される。一方、図１（Ｂ）〜図３（Ｂ）に示すように、集電舟７を下降させる方向の揚力Ｌ2を増加させる必要があるときには、下枠６ｃの枠組表面６ｅに乱流遷移部１０を取り付ける。その結果、枠組６の下枠６ｃを上昇させる方向に作用する空気力Ｌ1が低下して、集電装置３に作用する揚力Ｌ2が適正値に設定される。この発明の第６実施形態に係る集電装置の揚力調整装置には、第１実施形態〜第５実施形態の効果と同様の効果がある。
【００６２】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、乱流遷移部１０としてボルテックスジェネレータ１０ａなどを例に挙げて説明したが乱流遷移部１０の構造をこれらに限定するものではない。例えば、段差又は溝などを乱流遷移部１０として利用することもできる。また、この実施形態では、上枠６ｂ又は下枠６ｃのいずれか一方に乱流遷移部１０を適用する場合を例に挙げて説明したが、上枠６ｂ又は下枠６ｃの双方に乱流遷移部１０を適用することもできる。この場合には、例えば、上枠６ｂ側の乱流遷移部１０と下枠６ｃ側の乱流遷移部１０とをそれぞれ異なる長さに調整して、揚力Ｌ2を微調整することもできる。さらに、この第１実施形態〜第６実施形態では、上枠６ｂ又は下枠６ｃに乱流遷移部１０としてボルテックスジェネレータ１０ａなどを適用する場合を例に挙げて説明したが、上枠６ｂ又は下枠６ｃに任意の乱流遷移部１０を組み合わせて適用することもできる。例えば、ボルテックスジェネレータ１０ａとトリッピングワイヤ１０ｂとを上枠６ｂ又は下枠６ｃに組み合わせて配置することもできる。
【００６３】
(2) この第６実施形態では、乱流遷移部１０としてボルテックスジェネレータ１０ａを上枠６ｂに適用する場合を例に挙げて説明したが、ボルテックスジェネレータ１０ａ以外のトリッピングワイヤ１０ｂなどの他の構造の乱流遷移部を上枠６ｂに適用することもできる。また、この第６実施形態では、乱流遷移部１０を上枠６ｂに適用する場合を例に挙げて説明したが、下枠６ｃのみに乱流遷移部を適用したり、上枠６ｂ及び下枠６ｃに乱流遷移部１０を適用したりすることもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１  架線
１ａ  トロリ線（電車線）
２  車両
２ａ  車体
３  集電装置
６  枠組
６ａ  舟支え部
６ｂ  上枠
６ｃ  下枠
６ｄ  関節部
６ｅ  枠組表面
６ｆ  上枠露出部
７  集電舟
７ａ  すり板
８  風防部
９  揚力調整構造
１０  乱流遷移部
１０ａ  ボルテックスジェネレータ
１０ｂ  トリッピングワイヤ
１０ｃ  ラフネス
１０ｄ  ディンプル
１１  風洞試験装置
１２  風洞測定部
Ｆ  気流
Ｆ1  カルマン渦
Ｌ1  空気力（抗力）
Ｌ2  揚力
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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