(57)【要約】【課題】鉄道車両のパンタグラフにおいて、特定の走行方向における舟体の揚力を容易に調整する。【解決手段】パンタグラフの舟体１は、舟体長手方向Ｙに直交する断面において滑らかな凸曲線の断面外形線を有し、舟体底面１２から突出する突起部２を備える。突起部２は、舟体長手方向Ｙに長く形成され、車両の走行方向Ｘにおける前寄り及び後ろ寄りのすくなくとも一方に設けられる。これにより、車両の走行方向Ｘにおける後ろ寄りに設けられた突起部２の長さ等を設定することにより、その走行方向における舟体１の揚力が調整される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両に設けられるパンタグラフの舟体であって、
舟体長手方向に直交する断面において滑らかな凸曲線の断面外形線を有し、
舟体底面から突出する突起部を備え、
前記突起部は、舟体長手方向に長く形成され、車両の走行方向における前寄り及び後ろ寄りのすくなくとも一方に設けられることを特徴とする舟体。
【請求項２】
前記断面外形線は、車両の走行方向に長い略楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の舟体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の舟体の揚力を調整する揚力調整方法であって、
車両の走行方向における後ろ寄りの前記突起部に対して、舟体長手方向の長さを設定することによって、その走行方向における揚力を調整することを特徴とする舟体の揚力調整方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の舟体の揚力を調整する揚力調整方法であって、
前記突起部は、車両の走行方向における前寄り及び後ろ寄りの両方に設けられ、
前記複数の突起部の相互間隔を設定することによって揚力を調整することを特徴とする舟体の揚力調整方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の舟体の揚力を調整する揚力調整方法であって、
前記突起部に対して、舟体底面から突出する高さを設定することによって揚力を調整することを特徴とする舟体の揚力調整方法。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５に記載の舟体の揚力調整方法から選択される複数の揚力調整方法を組み合わせることを特徴とする舟体の揚力調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両のパンタグラフの舟体及びその舟体に発生する揚力を調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電化区間を走行する鉄道車両には、パンタグラフが搭載される。パンタグラフは、集電舟（舟体）を架空電車線（架線）に接触して集電する（非特許文献１参照）。パンタグラフは、舟体で架線を押し上げて架線との接触を維持している。舟体の押上力が小さ過ぎるとパンタグラフの離線が増え、舟体の押上力が大き過ぎると架線を過大に押し上げて架線を損傷するおそれがある。したがって、舟体の押上力を適正にする必要がある。
【０００３】
舟体の押上力は、静的押上力とパンタグラフに作用する空気力によって生じる揚力とを合わせた力である（非特許文献１の３．３．７参照）。静的押上力は、ばね等による押上機構の働きによって舟体を押し上げる力であり、ほぼ一定である（非特許文献１の３．３．５参照）。舟体の揚力は、舟体に当たる気流の向きや速さによって変動する。
【０００４】
高速鉄道車両用のパンタグラフにおいて、舟体から発生する空力音は、パンタグラフが発生する騒音の中で大きな割合を占めている。このため、舟体の空力音の低減は、重要な課題となっている。舟体の空力音を低減するためには、舟体の形状を流線形又はそれに近い形状とすることが有効と考えられている。しかし、舟体の形状を流線形とした場合、舟体に発生する揚力を適正にすることが困難である。
【０００５】
高速鉄道の場合、車両の走行が双方向であるため、その両方向とも舟体の揚力を適正な範囲にする必要がある。また、車両がトンネルに突入する時など、舟体に当たる気流の向きが変化するので、これによる揚力変動を適正な範囲にする必要がある。舟体は、これらの課題解決が困難であるため、従来から、空力音を犠牲にし、揚力特性を優先し、気流の変化に鈍感な矩形舟体を使用する場合が多い。
【０００６】
舟体の揚力調整方法として、舟体底面の角部に面取り等を施す方法が知られている（特許文献１参照）。しかし、この揚力調整方法では、面取り等によって舟体の形状が滑らかになるので、舟体に当たる気流の変化に対する揚力変動が大きくなるおそれがある。
【０００７】
また、矩形舟体の場合、車両走行方向に対する前後の面の角度を変えることによる揚力調整方法がある（図示せず）。しかし、この揚力調整方法では、気流が舟体に当たる迎角に対しても影響が出るため、揚力の調整が容易ではない。
【０００８】
さらに、シングルアームパンタグラフの場合、枠組が走行方向に対して前後非対称な形状を有するので（非特許文献１附属書Ａ参照）、走行方向で舟体の揚力に差が生じ、揚力の調整が困難である。
【０００９】
動的な揚力調整方法として、舟体に可動式のラフネス（凹凸手段）を設け、ラフネスが舟体表面から突出する状態とフラットな状態とを圧電素子で切り替える方法が提案されている（特許文献２参照）。この動的な揚力調整方法を用い、車両の走行方向に応じてラフネスの状態を切り替えれば、走行方向による舟体の揚力差を低減することができる。しかし、この揚力調整方法では、ラフネスを制御する必要があるので、パンタグラフの構成が複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１７８７０２号公報
【特許文献２】特開２００８−２４５４９０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｅ  ６３０２：２００４「鉄道車両用パンタグラフ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記問題を解決するものであり、鉄道車両のパンタグラフにおいて、特定の走行方向における舟体の揚力を容易に調整することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の舟体は、鉄道車両に設けられるパンタグラフの舟体であって、舟体長手方向に直交する断面において滑らかな凸曲線の断面外形線を有し、舟体底面から突出する突起部を備え、前記突起部は、舟体長手方向に長く形成され、車両の走行方向における前寄り及び後ろ寄りのすくなくとも一方に設けられることを特徴とする。
【００１４】
この舟体において、前記断面外形線は、車両の走行方向に長い略楕円形であることが好ましい。
【００１５】
本発明の舟体の揚力調整方法は、上記の舟体の揚力を調整する揚力調整方法であって、車両の走行方向における後ろ寄りの前記突起部に対して、舟体長手方向の長さを設定することによって、その走行方向における揚力を調整することを特徴とする。
【００１６】
本発明の舟体の揚力調整方法は、上記の舟体の揚力を調整する揚力調整方法であって、前記突起部は、車両の走行方向における前寄り及び後ろ寄りの両方に設けられ、前記複数の突起部の相互間隔を設定することによって揚力を調整することを特徴としてもよい。
【００１７】
本発明の舟体の揚力調整方法は、上記の舟体の揚力を調整する揚力調整方法であって、前記突起部に対して、舟体底面から突出する高さを設定することによって揚力を調整することを特徴としてもよい。
【００１８】
これらの舟体の揚力調整方法において、上記の舟体の揚力調整方法から選択される複数の揚力調整方法を組み合わせてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の舟体によれば、舟体底面から突出する突起部を設け、車両の走行方向における後ろ寄りに設けられた突起部の長さ等を設定することにより、その走行方向における舟体の揚力を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るパンタグラフの舟体の正面図。
【図２】同舟体における図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】同舟体の底面図。
【図４】同舟体における下流側の突起部の長さと揚力との関係を示す図。
【図５】同舟体における上流側の突起部の長さと揚力との関係を示す図。
【図６】同舟体における突起部の相互間隔と揚力との関係を示す図。
【図７】同舟体における突起部の高さと揚力との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係るパンタグラフの舟体を図１乃至図３を参照して説明する。図１に示すように、舟体１は、鉄道車両に設けられるパンタグラフの舟体である。
【００２２】
図２は、舟体１の舟体長手方向に直交する断面（図１のＡ−Ａ線断面）における断面図である。舟体１は、この断面において、滑らかな凸曲線の断面外形線１１を有する。本実施形態では、断面外形線１１は、車両の走行方向（Ｘ方向）に長い略楕円形である。なお、図２は、舟体１の断面外形を示すことが目的であるので、ハッチング及び舟体内部の構造は、図示を省略している。
【００２３】
舟体１は、突起部２を備える。突起部２は、舟体底面１２から突出している。
【００２４】
図３に示すように、突起部２は、舟体長手方向（Ｙ方向）に長く形成される。
【００２５】
舟体長手方向は、マクラギ方向とも呼ばれ、図３ではＹ方向である。車両の走行方向は、レール方向とも呼ばれ、図３ではＸ方向である。鉄道車両は、線路の上り方向及び下り方向に走行するので、車両の走行方向が−Ｘ方向になることもある。
【００２６】
突起部２は、車両の走行方向における前寄り及び後ろ寄りのすくなくとも一方に設けられる。突起部２を車両の走行方向における後ろ寄りに設けた場合、車両の走行方向が逆になると、突起部２は、車両の走行方向における前寄りになる。本実施形態では、突起部２は、車両の走行方向における前寄り及び後ろ寄りの両方に設けられている（図２及び図３参照）。
【００２７】
各構成をさらに詳述する。舟体１は、すり板３及びホーン４を有する（図１参照）。舟体１の断面形状は、略楕円形である（図２参照）。略楕円形とは、数学的に厳密な楕円形ではなく、舟体周りの気流の観点から実質的に楕円形と同等の形状である。舟体１は、上部に平たいすり板３を有するので、舟体１の断面外形線１１は、上部が直線状の滑らかな凸曲線となり、疑似的な楕円形、すなわち略楕円形である。
【００２８】
舟体１は、断面形状が円に近ければ、揚力が気流の変化に対して鈍感になるが、空力音が大きくなる。断面形状が扁平になれば、空力音が小さくなるが、揚力が気流の変化に対して敏感になる。このため、舟体１は、揚力が調整できる範囲で、できるだけ扁平とし、空力音を低減することが望ましい。
【００２９】
突起部２は、舟体１の揚力を調整するために設けられる。本実施形態では、突起部２は、舟体長手方向（Ｙ方向）に平行に２列設けられる（図３参照）。このうち、車両の走行方向における後ろ寄りに設けられらた突起部２が揚力に寄与する。したがって、舟体１の揚力が走行方向によって異なる場合、１つの走行方向の揚力が突起部２無しで適正であれば、その走行方向における後ろ側の突起部２を省略してもよい。
【００３０】
舟体１の揚力は、突起部２が突出する高さ、形状、舟体長手方向の長さＬ（Ｙ方向の長さＬ）、及び２列の突起部２の相互間隔ｄ（Ｘ方向の間隔）を設定することによって調整される。突起部２の高さ、長さＬ、相互間隔ｄの設定を組み合わせて舟体１の揚力を調整してもよい。
【００３１】
突起部２が無いときの舟体１の揚力が走行方向によって差がある場合、２列の各突起部２の長さＬを異なる値に設定してもよい。また、同様の場合、２列の各突起部２の高さを異なる値に設定してもよい。このような突起部２の設定により、各走行方向における舟体１の揚力が適正化され、走行方向による揚力差が低減される。
【００３２】
舟体１の揚力調整方法を説明する。舟体１の断面形状から突起部２のＸ方向の位置がほぼ決定される（図２参照）。突起部２が２列ある場合、舟体１の断面形状から突起部２の相互間隔ｄがほぼ決定される。
【００３３】
突起部２の断面形状は、製作性を考慮して、出来るだけ滑らかでシンプルな形状とし、舟体底面１２から突出する高さは、必要最小限の高さとする。
【００３４】
突起部２のＹ方向の長さＬは、取り付けるパンタグラフに合わせて調整する（図３参照）。本実施形態では、パンタグラフとの組み合わせによる揚力調整は、基本的に突起部２の長さＬの設定だけで行うことができ、走行方向（シングルアームパンタグラフのなびき・反なびき方向）での揚力変化は生じにくい。また、突起部２の長さＬによる迎角に対する揚力への影響、走行方向（なびき・反なびき方向）の揚力への影響は少ない。これは、突起部２によって、舟体１の断面形状に基本形状（略楕円形）よりは滑らかでない部分ができるので、舟体１の揚力が気流の変化に鈍感になるためと考えられる。したがって、舟体１の揚力を気流の変化に鈍感にするためには、突起部２は、１列よりも２列設けるほうが望ましい。
【００３５】
以上、本実施形態に係る舟体１によれば、舟体底面１２から突出する突起部２を設け、車両の走行方向における後ろ寄りに設けられた突起部２の長さＬ、高さ等を設定することにより、その走行方向における舟体１の揚力を容易に調整することができる。この舟体１は、断面が滑らかな形状であるので、空力音が小さい。
【実施例１】
【００３６】
舟体１について、車両の走行方向における後ろ寄り、すなわち舟体１に当たる気流の下流側に設けられた突起部２の長さＬを変更して、揚力を風洞で測定した。突起部２の長さＬは、１７５ｍｍと７０ｍｍとし、それ以外の実験条件は同じにした。
【００３７】
実験結果を図４に示す。図４において、縦軸は舟体１の平均揚力値［Ｎ］、横軸は流速［ｋｍ／ｈ］である。ひし形で示す値は、突起部２の長さＬを１７５ｍｍとした場合、正方形で示す値は、突起部２の長さＬを７０ｍｍとした場合の測定値である。突起部２の長さＬが長いほうが揚力が大きかった。
【００３８】
下流側の突起部２の長さＬを長くすることで、舟体底面１２での気流の剥離領域の面積が大きくなる。その結果、舟体底面１２の気流が遅くなり、舟体１の揚力が大きくなると考えられる。
【実施例２】
【００３９】
舟体１について、車両の走行方向における前寄り、すなわち舟体１に当たる気流の上流側に設けられた突起部２の長さＬを変更して、揚力を風洞で測定した。突起部２の長さＬは、１４０ｍｍと２８０ｍｍとし、それ以外の実験条件は同じにした。
【００４０】
実験結果を図５に示す。図５において、ひし形で示す値は、突起部２の長さＬを１４０ｍｍとした場合、正方形で示す値は、突起部２の長さＬを２８０ｍｍとした場合の測定値である。突起部２の長さＬを変えても舟体１の揚力は変化しなかった。
【００４１】
上流側の突起部２は舟体底面１２での気流を剥離させないので、上流側の突起部２の長さＬを変えても舟体底面１２での気流の剥離領域の面積が変わらない。その結果、舟体底面１２の気流の流速が変わらず、舟体１の揚力が変わらないと考えられる。
【実施例３】
【００４２】
舟体１について、２列の突起部２の相互間隔ｄを変更して、揚力を風洞で測定した。突起部２の相互間隔ｄは、８０ｍｍと１００ｍｍとし、それ以外の実験条件は同じにした。
【００４３】
実験結果を図６に示す。図６において、ひし形で示す値は、突起部２の相互間隔ｄを８０ｍｍとした場合、正方形で示す値は、突起部２の相互間隔ｄを１００ｍｍとした場合の測定値である。突起部２の相互間隔ｄが狭いほうが揚力が大きかった。
【００４４】
突起部２の相互間隔ｄを狭くすることにより、舟体底面１２での気流の剥離領域の面積が大きくなる。その結果、舟体底面１２の気流の流速が遅くなり、舟体１の揚力が大きくなると考えられる。
【実施例４】
【００４５】
舟体１について、突起部２の高さを変更して、揚力を風洞で測定した。突起部２の高さは、２ｍｍと１ｍｍとし、それ以外の実験条件は同じにした。
【００４６】
実験結果を図７に示す。図７において、ひし形で示す値は、突起部２の高さを２ｍｍとした場合、正方形で示す値は、突起部２の高さを１ｍｍとした場合の測定値である。突起部２の高さが高いほうが揚力が大きかった。
【００４７】
突起部２の高さを高くすることにより、舟体底面１２での気流の剥離領域の面積が大きくなる。その結果、舟体底面１２の気流の流速が遅くなり、舟体１の揚力が大きくなると考えられる。
【００４８】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、２列の各突起部２の高さを異なる高さに設定してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  舟体
１１  舟体の断面外形線
１２  舟体底面
２  突起部
ｄ  突起部の相互間隔
Ｌ  突起部の長さ
Ｘ  車両の走行方向（レール方向）
Ｙ  舟体長手方向（マクラギ方向）
【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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