(57)【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装置であって、
前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦を発生させる縦渦発生部と、
前記縦渦発生部の突出量を可変する突出量可変部とを備え、
前記突出量可変部は、前記集電装置の集電舟を上昇させる方向の揚力を増加させるときには前記縦渦発生部の突出量を減少させ、前記集電装置の集電舟を下降させる方向の揚力を増加させるときには前記縦渦発生部の突出量を増加させること、
を特徴とする集電装置の揚力調整装置。
【請求項２】
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装置であって、
前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦を発生させる縦渦発生部と、
前記縦渦発生部の迎角を変更する迎角変更部とを備え、
前記迎角変更部は、前記集電装置の集電舟を上昇させる方向の揚力を増加させるときには前記縦渦発生部の迎角を増加させ、前記集電装置の集電舟を下降させる方向の揚力を増加させるときには前記縦渦発生部の迎角を減少させること、
を特徴とする集電装置の揚力調整装置。
【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装置において、
前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の下方に配置されていること、
を特徴とする集電装置の揚力調整装置。
【請求項４】
請求項３に記載の集電装置の揚力調整装置において、
前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形のデルタ翼部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力調整装置。
【請求項５】
請求項３に記載の集電装置の揚力調整装置において、
前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、外観形状が略三角錐のデルタ翼部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力調整装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整装置おいて、
前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の進行方向前側及び進行方向後側に対称に配置されていること、
を特徴とする集電装置の揚力調整装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整装置において、
前記縦渦発生部が発生する前記縦渦を前記集電装置の集電舟の下方に導く縦渦誘導部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力調整装置。
【請求項８】
請求項７に記載の集電装置の揚力調整装置において、
前記縦渦誘導部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形の切欠部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力調整装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の集電装置の揚力調整装置において、
前記縦渦誘導部は、前記集電装置の集電舟の進行方向前側及び進行方向後側に対称に配置されていること、
を特徴とする集電装置の揚力調整装置。
【請求項１０】
集電装置に作用する揚力を制御する集電装置の揚力制御装置であって、
前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦を発生させる縦渦発生部と、
前記集電装置のすり板とこのすり板が接触する電車線との間に作用する接触力を測定する接触力測定部と、
前記縦渦発生部の突出量を可変する突出量可変部と、
前記接触力測定部の測定結果に基づいて前記突出量可変部を動作制御する制御部と、
を備える集電装置の揚力制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記制御部は、前記接触力が所定値を越えるときには前記縦渦発生部の突出量が増加するように前記突出量可変部を動作制御し、前記接触力が所定値を下回るときには前記縦渦発生部の突出量が減少するように前記突出量可変部を動作制御すること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項１２】
集電装置に作用する揚力を制御する集電装置の揚力制御装置であって、
前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦を発生させる縦渦発生部と、
前記集電装置のすり板とこのすり板が接触する電車線との間に作用する接触力を測定する接触力測定部と、
前記縦渦発生部の迎角を変更する迎角変更部と、
前記接触力測定部の測定結果に基づいて前記迎角変更部を動作制御する制御部と、
を備える集電装置の揚力制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記制御部は、前記接触力が所定値を越えるときには前記縦渦発生部の迎角が減少するように前記迎角変更部を動作制御し、前記接触力が所定値を下回るときには前記縦渦発生部の迎角が増加するように前記迎角変更部を動作制御すること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項１４】
集電装置に作用する揚力を制御する集電装置の揚力制御装置であって、
前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦を発生させる縦渦発生部と、
前記集電装置のすり板とこのすり板が接触する電車線との間に作用する接触力に応じて、前記縦渦発生部の突出量を可変する突出量可変部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記突出量可変部は、前記接触力が所定値を越えるときには前記縦渦発生部の突出量を増加させ、前記接触力が所定値を下回るときには前記縦渦発生部の突出量を減少させること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項１６】
集電装置に作用する揚力を制御する集電装置の揚力制御装置であって、
前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦を発生させる縦渦発生部と、
前記集電装置のすり板とこのすり板が接触する電車線との間に作用する接触力に応じて、前記縦渦発生部の迎角を変更する迎角変更部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記迎角変更部は、前記接触力が所定値を越えるときには前記縦渦発生部の迎角を減少させ、前記接触力が所定値を下回るときには前記縦渦発生部の迎角を増加させること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項１８】
請求項１０から請求項１７までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の下方に配置されていること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形のデルタ翼部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、外観形状が略三角錐のデルタ翼部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項２１】
請求項１０から請求項２０までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の進行方向前側及び進行方向後側に対称に配置されていること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項２２】
請求項１０から請求項２１までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記縦渦発生部が発生する前記縦渦を前記集電装置の集電舟の下方に導く縦渦誘導部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記縦渦誘導部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形の切欠部を備えること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【請求項２４】
請求項２２又は請求項２３に記載の集電装置の揚力制御装置において、
前記縦渦誘導部は、前記集電装置の集電舟の進行方向前側及び進行方向後側に対称に配置されていること、
を特徴とする集電装置の揚力制御装置。
【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装置、及び集電装置に作用する揚力を制御する集電装置の揚力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の集電装置は、沿線騒音低減の点から集電舟から発生する空力音が小さいことと、集電性能の点から常に安定した揚力が作用し、風向やすり板の摩耗による形状の変化に対して揚力が敏感に変化しないことの２点が重要視されている。集電舟のような鈍頭な断面形状を有する柱状部材から生じる空力音の主たる原因として、部材背後に生じるカルマン渦からの圧力変動であることが知られている。このカルマン渦は、強い渦が物体後流のスパン方向に位相が揃って放出されることで、大きな圧力変動が生じ、それが遠方へ伝搬して強い空力音となる。このようなカルマン渦が原因で生じる空力音は特にエオルス音と呼ばれ、カルマン渦の放出周期に応じた狭帯域音を生ずる。エオルス音の低減にはカルマン渦自体を発生しないようにしたり、発生したカルマン渦の強度を弱めたり、構造を崩すといった対策が有効である。
【０００３】
エオルス音を低減する方法としては、流れの剥離そのものを抑制する方法と、カルマン渦のスパン方向の構造を崩す方法の２つの方法が主として提案されている。流れの剥離そのものを抑制する方法としては、カルマン渦が流れの剥離によって生ずるため、断面形状を流線形化するなどして物体表面からの流れの剥離そのものを抑制することで、カルマン渦の発生自体を低減する方法がある。流線形化は空力音低減には最も基本的な方法であるが、集電舟については揚力特性との兼ね合いで実現が難しい。カルマン渦のスパン方向の構造を崩す方法としては、カルマン渦の生成を許容し、カルマン渦のスパン方向の構造を崩すことで、スパン方向に位相の揃った強い渦を生成させる方法がある。具体的には、集電舟に貫通孔を設けて物体背後の渦を吹き飛ばす方法と、スパン方向に集電舟の断面形状を変化させ、カルマン渦のスパン方向の構造を崩す方法とが提案されている。
【０００４】
翼のような流線形物体については、流れが翼表面を沿って流れるときには強い負圧が生じ、物体上下面の圧力の均衡が崩れて揚力が生じる。しかし、翼のような流線形物体の場合、風向や形状の僅かな変化に対して揚力の大きさが敏感に変化してしまう。そのため、集電舟への適用を考えた場合には、様々な条件下での体向流にさらされるうえ、すり板摩耗による形状変化が生じるといった集電舟特有の制約条件により、断面形状の流線形化には適していない。そこで、集電舟の揚力特性の安定化のため、集電舟は矩形に近い鈍頭の形状断面を採用し、流れを物体表面で剥離させて物体表面での強い負圧の生成を回避し、揚力の安定化を図っている。一方、流れの剥離を生じるので、空力音は大きくなってしまう。また、最適化手法を用いて揚力特性と空力音を両立するような断面形状の平滑化が提案されている。
【０００５】
従来の集電装置の空力騒音抑制構造（以下、従来技術１という）は、集電舟の前方の空気を取り入れる前側通気孔と、この通気孔から取り入れた空気を集電舟の後方に排出する後側通気孔と、前側通気孔と後側通気孔とを接続する空気管路などを備えている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１では、後側通気孔から集電舟の後方に向かって空気を噴射し、この集電舟の後方に発生するカルマン渦を吹き消して、集電舟の長さ方向におけるカルマン渦の構造を崩壊させ、カルマン渦に起因するエオルス音を低減させている。
【０００６】
従来の集電装置の空力騒音抑制構造（以下、従来技術２という）は、所定の曲線で定義された形状を配置した流れ場のシミュレーションを実行し、目的関数が最小になるような形状に集電舟を形成している（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２では、例えば、進行方向前端が丸くなり進行方向後端が絞り込んだ全体にずんぐりした形状に集電舟を形成して、この集電舟の後方に発生するカルマン渦のこの集電舟の長さ方向における構造が発達するのを阻害している。
【０００７】
従来の集電装置の空力騒音抑制構造（以下、従来技術３という）は、一定の制約条件下における集電舟の断面形状の初期プロファイルを設定するとともに、模型のプロファイルをこの初期プロファイルに対応するように設定し、この模型が流体から受ける物理量を測定している（例えば、特許文献３参照）。この従来技術３では、模型が流体から受ける物理量の測定値から目的関数を算出し、この目的関数が最小又は最大になるまで集電舟の断面形状のプロファイルを変更して、揚力特性と空力音の低減とを両立可能な集電舟の断面形状を最適化している。
【０００８】
従来の集電装置の空力騒音抑制構造（以下、従来技術４という）は、集電舟の前縁の上下から突出及び没入可能な可動式ラフネスと、すり板とトロリ線との間の接触力に応じて可動式ラフネスを駆動する駆動源などを備えている（例えば、特許文献４参照）。この従来技術４では、接触力が所定の上限値を超えたときには下側の可動式ラフネスを駆動源が突出させ、この接触力が所定の下限値を下回ったときには上側の可動式ラフネスを駆動源が突出させて、集電舟に作用する揚力を調整している。
【０００９】
従来の集電装置の空力騒音抑制構造（以下、従来技術５という）は、デルタ翼型の集電舟の先端部に、すり板から発生するカルマン渦的な渦（以下、剥離渦という）を低減するための縦渦を発生する突起物を備えている（例えば、特許文献５参照）。この従来技術５では、突起物から発生する縦渦を集電舟の上方に導き、すり板の後方に発生する剥離渦をこの縦渦によって低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2005-137038号公報
【００１１】
【特許文献２】特開2005-020834号公報
【００１２】
【特許文献３】特開2009-145259号公報
【００１３】
【特許文献４】特開2008-245490号公報
【００１４】
【特許文献５】特開平07-147703号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来技術１は、集電舟を貫通する貫通孔をこの集電舟に形成し、前後の貫通孔を配管で接続する必要がある。このため、従来技術１では、集電舟の構造が複雑になって実施が困難であるという問題点がある。従来技術２は、最適三次元形状に集電舟を形成する必要がある。このため、従来技術２では、集電舟の形状が複雑化してこの集電舟の重量が増加するために、トロリ線に対するすり板の追従性能が低下してしまう問題点がある。従来技術３は、揚力特性を安定化しつつ集電舟の形状を平滑化し流れの剥離を抑えている。しかし、従来技術３では、集電舟の断面形状が流線形になるため加工が困難になり製造コストが高くなってしまう問題点がある。従来技術４は、可動式ラフネスによって揚力を調整し境界層の乱流繊維により気流の剥離を抑制している。しかし、従来技術４では、集電舟への駆動源などの組み込みが困難であり、集電舟の構造が複雑になって実施が困難であるという問題点がある。従来技術５は、突起部から発生する縦渦によってすり板から発生する剥離渦を低減している。しかし、従来技術５では、突起物によって縦渦を集電舟の後方に導くことができず、集電舟から発生する剥離渦を低減することができない問題点がある。
【００１６】
この発明の課題は、装着が容易で簡単な構造によってカルマン渦の強度を弱め集電舟からの空力音を低減することができるとともに、集電舟に作用する揚力を簡単に調整し揚力を簡単に制御することができる集電装置の揚力調整装置及び集電装置の揚力制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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２、図４及び図１２に示すように、集電装置（３）に作用する揚力（±Ｌ）を調整する集電装置の揚力調整装置であって、前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦（Ｆ11）による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦（Ｆ12）を発生させる縦渦発生部（９）と、前記縦渦発生部の突出量（δ）を可変する突出量可変部（１５）とを備え、前記突出量可変部は、前記集電装置の集電舟を上昇させる方向の揚力（＋Ｌ）を増加させるときには前記縦渦発生部の突出量を減少させ、前記集電装置の集電舟を下降させる方向の揚力（−Ｌ）を増加させるときには前記縦渦発生部の突出量を増加させることを特徴とする集電装置の揚力調整装置（１４）である。
【００１８】
請求項２の発明は、図２、図４及び図１３に示すように、集電装置（３）に作用する揚力（±Ｌ）を調整する集電装置の揚力調整装置であって、前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦（Ｆ11）による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦（Ｆ12）を発生させる縦渦発生部（９）と、前記縦渦発生部の迎角（θ）を変更する迎角変更部（１６）とを備え、前記迎角変更部は、前記集電装置の集電舟を上昇させる方向の揚力（＋Ｌ）を増加させるときには前記縦渦発生部の迎角を増加させ、前記集電装置の集電舟を下降させる方向の揚力（−Ｌ）を増加させるときには前記縦渦発生部の迎角を減少させることを特徴とする集電装置の揚力調整装置（１４）である。
【００１９】
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装置において、図１２及び図１３に示すように、前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟（７）の下方に配置されていることを特徴とする集電装置の揚力調整装置である。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項３に記載の集電装置の揚力調整装置において、図５、図６、図９及び図１０に示すように、前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形のデルタ翼部（９ａ；９ｃ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力調整装置である。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項３に記載の集電装置の揚力調整装置において、図７及び図８に示すように、前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、外観形状が略三角錐のデルタ翼部（９ｂ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力調整装置である。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整装置おいて、図５〜図１０に示すように、前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の進行方向前側及び進行方向後側に対称に配置されていることを特徴とする集電装置の揚力調整装置である。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力調整装置において、図５及び図６に示すように、前記縦渦発生部が発生する前記縦渦を前記集電装置の集電舟の下方に導く縦渦誘導部（１０）を備えることを特徴とする集電装置の揚力調整装置である。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項７に記載の集電装置の揚力調整装置において、前記縦渦誘導部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形の切欠部（１０ａ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力調整装置である。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の集電装置の揚力調整装置において、前記縦渦誘導部は、前記集電装置の集電舟の進行方向前側及び進行方向後側に対称に配置されていることを特徴とする集電装置の揚力調整装置である。
【００２６】
請求項１０の発明は、図２、図４及び図１４に示すように、集電装置（３）に作用する揚力（±Ｌ）を制御する集電装置の揚力制御装置であって、前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦（Ｆ11）による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦（Ｆ12）を発生させる縦渦発生部（９）と、前記集電装置のすり板（７ａ）とこのすり板が接触する電車線（１ａ）との間に作用する接触力（Ｃ）を測定する接触力測定部（１８）と、前記縦渦発生部の突出量（δ）を可変する突出量可変部（１９）と、前記接触力測定部の測定結果に基づいて前記突出量可変部を動作制御する制御部（２０）とを備える集電装置の揚力制御装置（１７）である。
【００２７】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の集電装置の揚力制御装置において、前記制御部は、前記接触力が所定値を越えるときには前記縦渦発生部の突出量が増加するように前記突出量可変部を動作制御し、前記接触力が所定値を下回るときには前記縦渦発生部の突出量が減少するように前記突出量可変部を動作制御することを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００２８】
請求項１２の発明は、図２、図４及び図１５に示すように、集電装置（３）に作用する揚力（±Ｌ）を制御する集電装置の揚力制御装置であって、前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦（Ｆ11）による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦（Ｆ12）を発生させる縦渦発生部（９）と、前記集電装置のすり板（７ａ）とこのすり板が接触する電車線（１ａ）との間に作用する接触力（Ｃ）を測定する接触力測定部（１８）と、前記縦渦発生部の迎角（θ）を変更する迎角変更部（２１）と、前記接触力測定部の測定結果に基づいて前記迎角変更部を動作制御する制御部（２２）とを備える集電装置の揚力制御装置（１７）である。
【００２９】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の集電装置の揚力制御装置において、前記制御部は、前記接触力が所定値を越えるときには前記縦渦発生部の迎角が減少するように前記迎角変更部を動作制御し、前記接触力が所定値を下回るときには前記縦渦発生部の迎角が増加するように前記迎角変更部を動作制御することを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００３０】
請求項１４の発明は、図２、図４及び図１６に示すように、集電装置（３）に作用する揚力（±Ｌ）を制御する集電装置の揚力制御装置であって、前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦（Ｆ11）による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦（Ｆ12）を発生させる縦渦発生部（９）と、前記集電装置のすり板（７ａ）とこのすり板が接触する電車線（１ａ）との間に作用する接触力（Ｃ）に応じて、前記縦渦発生部の突出量（δ）を可変する突出量可変部（２３）を備えることを特徴とする集電装置の揚力制御装置(１７)である。
【００３１】
請求項１５の発明は、請求項１４に記載の集電装置の揚力制御装置において、前記突出量可変部は、前記接触力が所定値を越えるときには前記縦渦発生部の突出量を増加させ、前記接触力が所定値を下回るときには前記縦渦発生部の突出量を減少させることを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００３２】
請求項１６の発明は、図２、図４及び図１７に示すように、集電装置（３）に作用する揚力（±Ｌ）を制御する集電装置の揚力制御装置であって、前記集電装置の進行方向後側に発生するカルマン渦による空力騒音を抑制するために、この集電装置の集電舟の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦を低減させる縦渦を発生させる縦渦発生部と、前記集電装置のすり板（７ａ）とこのすり板が接触する電車線（１ａ）との間に作用する接触力（Ｃ）に応じて、前記縦渦発生部の迎角（θ）を変更する迎角変更部（２４）を備えることを特徴とする集電装置の揚力制御装置（１７）である。
【００３３】
請求項１７の発明は、請求項１６に記載の集電装置の揚力制御装置において、前記迎角変更部は、前記接触力が所定値を越えるときには前記縦渦発生部の迎角を減少させ、前記接触力が所定値を下回るときには前記縦渦発生部の迎角を増加させることを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００３４】
請求項１８の発明は、請求項１０から請求項１７までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力制御装置において、図１４〜図１７に示すように、前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟（７）の下方に配置されていることを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００３５】
請求項１９の発明は、請求項１８に記載の集電装置の揚力制御装置において、図５、図６、図９及び図１０に示すように、前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形のデルタ翼部（９ａ；９ｃ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００３６】
請求項２０の発明は、請求項１８に記載の集電装置の揚力制御装置において、図７及び図８に示すように、前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、外観形状が略三角錐のデルタ翼部（９ｂ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００３７】
請求項２１の発明は、請求項１０から請求項２０までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力制御装置において、図５〜図１０に示すように、前記縦渦発生部は、前記集電装置の集電舟の進行方向前側及び進行方向後側に対称に配置されていることを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００３８】
請求項２２の発明は、請求項１０から請求項２１までのいずれか１項に記載の集電装置の揚力制御装置において、図５及び図６に示すように、前記縦渦発生部が発生する前記縦渦を前記集電装置の集電舟の下方に導く縦渦誘導部（１０）を備えることを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００３９】
請求項２３の発明は、請求項２２に記載の集電装置の揚力制御装置において、前記縦渦誘導部は、前記集電装置の集電舟の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形の切欠部（１０ａ）を備えることを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【００４０】
請求項２４の発明は、請求項２２又は請求項２３に記載の集電装置の揚力制御装置において、前記縦渦誘導部は、前記集電装置の集電舟の進行方向前側及び進行方向後側に対称に配置されていることを特徴とする集電装置の揚力制御装置である。
【発明の効果】
【００４４】
この発明によると、装着が容易で簡単な構造によってカルマン渦の強度を弱め集電舟からの空力音を低減することができるとともに、集電舟に作用する揚力を簡単に調整し揚力を簡単に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の第１実施形態に係る集電装置の空力騒音低減構造を備える集電装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る集電装置の空力騒音低減構造を備える集電装置を概略的に示す側面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る集電装置の空力騒音低減構造を備える集電装置を概略的に示す平面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造の作用を説明するための概念図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電舟のすり板側を上向きにした状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は集電舟のすり板側を下向きにした状態を示す斜視図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造を概略的に示す外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は底面図である。
【図７】この発明の第２実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電舟のすり板側を上向きにした状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は集電舟のすり板側を下向きにした状態を示す斜視図である。
【図８】この発明の第２実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造を概略的に示す外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は底面図である。
【図９】この発明の第３実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）は集電舟のすり板側を上向きにした状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は集電舟のすり板側を下向きにした状態を示す斜視図である。
【図１０】この発明の第３実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造を概略的に示す外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は底面図である。
【図１１】この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整装置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１２】この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整装置を概略的に示す縦断面図であり、（Ａ）は空力騒音抑制構造の縦渦発生部の突出量を小さくしたときの縦断面図であり、（Ｂ）は空力騒音抑制構造の縦渦発生部の突出量を大きくしたときの縦断面図である。
【図１３】この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整装置を概略的に示す縦断面図であり、（Ａ）は空力騒音抑制構造の縦渦発生部の迎角を大きくしたときの縦断面図であり、（Ｂ）は空力騒音抑制構造の縦渦発生部の迎角を小さくしたときの縦断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のXIII-XIIIC線で切断した状態を示す断面図である。
【図１４】この発明の第６実施形態に係る集電装置の揚力制御装置を概略的に示す構成図であり、（Ａ）は縦渦発生部の突出量を増加させた状態を示し、（Ｂ）は縦渦発生部の突出量を減少させた状態を示す。
【図１５】この発明の第７実施形態に係る集電装置の揚力制御装置を概略的に示す構成図であり、（Ａ）は縦渦発生部の迎角を減少させた状態を示し、（Ｂ）は縦渦発生部の迎角を増加させた状態を示す。
【図１６】この発明の第８実施形態に係る集電装置の揚力制御装置を概略的に示す構成図であり、（Ａ）は縦渦発生部の突出量を増加させた状態を示し、（Ｂ）は縦渦発生部の突出量を減少させた状態を示す。
【図１７】この発明の第９実施形態に係る集電装置の揚力制御装置を概略的に示す構成図であり、（Ａ）は縦渦発生部の迎角を減少させた状態を示し、（Ｂ）は縦渦発生部の迎角を増加させた状態を示す。
【図１８】この発明の第１０実施形態に係るカルマン渦低減構造を概略的に示す外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は斜視図である。
【図１９】この発明の第１１実施形態に係るカルマン渦低減構造を概略的に示す外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は斜視図である。
【図２０】この発明の第１２実施形態に係るカルマン渦低減構造を概略的に示す外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は斜視図である。
【図２１】実施例１〜３及び比較例に係る集電舟の縦断面図である。
【図２２】実施例１〜３及び比較例に係る集電舟の風洞試験の実施状況を示す写真である。
【図２３】実施例１に係る集電舟を風洞試験装置の風洞測定部に設置した状態を示す写真であり、（Ａ）は集電舟の下面側から撮影した写真であり、（Ｂ）は集電舟の上面側から撮影した写真である。
【図２４】実施例１に係る集電舟の外観形状と空力音の測定結果とを示す図であり、（Ａ）は集電舟の外観を撮影した写真であり、（Ｂ）は集電舟の底面図であり、（Ｃ）は空力音の測定結果を示すグラフである。
【図２５】実施例２に係る集電舟の外観形状と空力音の測定結果とを示す図であり、（Ａ）は集電舟の外観を撮影した写真であり、（Ｂ）は集電舟の正面図であり、（Ｃ）は空力音の測定結果を示すグラフである。
【図２６】実施例３に係る集電舟の外観形状と空力音の測定結果とを示す図であり、（Ａ）は集電舟の外観を撮影した写真であり、（Ｂ）は集電舟の底面図であり、（Ｃ）は空力音の測定結果を示すグラフである。
【図２７】実施例１〜３及び比較例に係る集電舟の空力音の測定結果を比較して示すグラフであり、（Ａ）は空力音の1/3オクターブバンドの分析結果(風速40m/s)を示すグラフであり、（Ｂ）はエオルス音ピークバンド(100Hzバンド)の騒音レベルを示すグラフであり、（Ｃ）は騒音レベルのオーバーオール値(OA値)を示すグラフである。
【図２８】実施例１及び比較例に係る集電舟のカルマン渦の発生状況(風速5m/s)を可視化して示す写真であり、（Ａ）は比較例の可視化結果であり、（Ｂ）は実施例１の可視化結果である。
【図２９】実施例１〜３及び比較例に係る集電舟に作用する揚力の迎角依存性(風速40m/s)を比較して示すグラフである。
【図３０】実施例３〜５及び比較例に係る集電舟の外観形状と空力音の測定結果とを示す図であり、（Ａ）は実施例３の集電舟の底面図であり、（Ｂ）は実施例４の集電舟の底面図であり、（Ｃ）は実施例５の集電舟の底面図であり、（Ｄ）は空力音の測定結果を示すグラフである。
【図３１】実施例３〜５及び比較例に係る集電舟の空力音の測定結果を比較して示すグラフであり、（Ａ）はエオルス音ピークバンド(100Hzバンド)の騒音レベルを示すグラフであり、（Ｂ）は騒音レベルのオーバーオール値(OA値)を示すグラフである。
【図３２】実施例６，７及び比較例に係る集電舟のデルタ翼部の外観形状と空力音の測定結果とを示す図であり、（Ａ）は実施例６の集電舟の底面図であり、（Ｂ）は実施例７の集電舟の底面図であり、（Ｃ）は空力音の測定結果を示すグラフである。
【図３３】実施例６，７及び比較例に係る集電舟の空力音の測定結果を比較して示すグラフであり、（Ａ）はエオルス音ピークバンド(100Hzバンド)の騒音レベルを示すグラフであり、（Ｂ）は騒音レベルのオーバーオール値(OA値)を示すグラフである。
【図３４】実施例８，９及び比較例に係る集電舟のデルタ翼部の外観形状と空力音の測定結果とを示す図であり、（Ａ）は実施例８の集電舟の底面図であり、（Ｂ）は実施例９の集電舟の底面図であり、（Ｃ）は空力音の測定結果を示すグラフである。
【図３５】実施例８，９及び比較例に係る集電舟の空力音の測定結果を比較して示すグラフであり、（Ａ）はエオルス音ピークバンド(100Hzバンド)の騒音レベルを示すグラフであり、（Ｂ）は騒音レベルのオーバーオール値(OA値)を示すグラフである。
【図３６】実施例８，９及び比較例に係る集電舟のデルタ翼部の突出量による揚力変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
（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３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、図２に示す車両２に負荷電流を供給する。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。
【００４７】
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２に示す台枠４と、碍子（がいし）５と、図１及び図２に示す枠組６と、図１〜図３に示す集電舟（舟体）７と、空力騒音抑制構造８などを備えている。図２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及び図２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、屈曲部（関節部）６ｄ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、屈曲部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。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型パンタグラフである。図１及び図２に示す集電装置３は、車両２の進行方向後側に屈曲部６ｄが位置する反なびき方向ではなく、車両２の進行方向前側に屈曲部６ｄが位置するなびき方向に移動している。
【００４８】
図１〜図３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、図１〜図３に示すすり板７ａと、図２に示すすり板支持部７ｂと、図１〜図３に示すホーン７ｃ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２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おり、トロリ線１ａと間隔をあけて対向する水平な上面７ｄと、舟支え部６ａに支持されてこの上面７ｄと平行な下面７ｅと、上面７ｄの上縁に接続する垂直面とこの垂直面の下縁部で接続し下面７ｅに向かって後方に傾斜する傾斜面とを有する端面７ｆなどを備えている。
【００４９】
図１〜図３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７ｄ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。図３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。
【００５０】
図２に示すすり板支持部７ｂは、すり板７ａを弾性支持する部分である。すり板支持部７ｂは、すり板７ａと集電舟７との間に配置されている。すり板支持部７ｂは、すり板７ａと集電舟７とが相対変位可能なように集電舟７にすり板７ａを支持するばねなどの弾性体であり、すり板７ａとトロリ線１ａとの間に作用する接触力Ｃが予め定められた標準値である時に中立位置になるようにばね定数などが設定されている。すり板支持部７ｂは、集電舟７に作用する接触力Ｃが標準値よりも大きくなると縮み、集電舟７に作用する接触力Ｃが標準値よりも小さくなると伸びる。
【００５１】
図１〜図３に示すホーン７ｃ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７ｃ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。
【００５２】
図４〜図６に示す空力騒音抑制構造８は、図１〜図３に示す集電装置３から発生する空力騒音を抑制する構造である。空力騒音抑制構造８は、図４に示すように、集電舟７の付近に縦渦Ｆ12を発生させ、この集電舟７からのカルマン渦Ｆ11とこの縦渦Ｆ12とを干渉させることによって、カルマン渦Ｆ11の強度を弱めてこのカルマン渦Ｆ11に起因するエオルス音を低減する。ここで、カルマン渦Ｆ11とは、物体の表面で剥離した流れが物体の背後に交互に回り込むときに生じる渦（横渦）であり、エオルス音とはこのカルマン渦Ｆ11が原因となって生ずる空力音である。空力騒音抑制構造８は、例えば、ボルトなどの固定部材によってこの集電舟７の下面７ｅに着脱自在に装着されている。空力騒音抑制構造８は、例えば、プラスチックなどの合成樹脂又はアルミニウムなどの軽量金属などによって形成されており、表面に絶縁性塗料などを塗布して絶縁処理がされている。空力騒音抑制構造８は、図５及び図６に示すように、三角形状の凸部と三角形状の凹部とを互い違いに連続して、この集電舟７の長さ方向に形成している。空力騒音抑制構造８は、例えば、平面形状が略長方形の板状部材の両縁部を鋭角な三角形状の凹凸部に形成することによって、全体を鋸刃状（ぎざぎざ）に形成しており、図４〜図６に示すように気流Ｆ1の流れる方向に対して略直交するように集電舟７の下面７ｅに配置されている。空力騒音抑制構造８は、縦渦発生部９と縦渦誘導部１０などを備えている。
【００５３】
図４〜図６に示す縦渦発生部９は、集電装置３の進行方向後側に発生するカルマン渦Ｆ11による空力騒音を抑制するために、この集電装置３の集電舟７の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦Ｆ11を低減させる縦渦Ｆ12を発生させる部分である。縦渦発生部９は、集電装置３の集電舟７の下方に配置されており、この集電舟７の進行方向前側及び進行方向後側に、この集電舟７の下面７ｅの中心線に対して対称に配置されている。縦渦発生部９の厚さは、縦渦Ｆ12の強さなどがある厚みで極値を持つため最適値があり、厚すぎると翼ではなく柱になるため縦渦Ｆ12が発生しないが、流れを仕切り上下に圧力差を生じることが本質であるため無限に薄くしても縦渦Ｆ12が発生する。このため、縦渦発生部９の厚さは、縦渦Ｆ12の発生の有無からは下限値を設定できないが、加工性や強度を考慮するとあまり薄くすることができず、上限値がデルタ翼の突出量程度に設定することが好ましく、例えば0.1mm以上10mm以下の範囲内に設定することが好ましい。縦渦発生部９は、デルタ翼部９ａなどを備えている。
【００５４】
デルタ翼部９ａは、縦渦Ｆ12を発生する部分である。デルタ翼部９ａは、図５及び図６に示すように、集電舟７の長さ方向に所定の間隔をあけて形成されており、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように集電舟７の下面７ｅの一方の縁部と他方の縁部から外側に突出して形成された凸部である。デルタ翼部９ａは、図４〜図６に示すように、上方に投影したときの形状がΔ形であるデルタ翼（三角翼）に近似したデルタ翼板であり、平面形状が略三角形に形成されている。デルタ翼部９ａは、先端部が鋭角に形成されており、上面、下面及び左右の側面がいずれも平坦に形成されている。
【００５５】
図５及び図６に示す縦渦誘導部１０は、縦渦発生部９が発生する縦渦Ｆ12を集電舟７の下方に導く部分である。縦渦誘導部１０は、縦渦発生部９と同様に、集電装置３の下方に配置されており、集電舟７の進行方向前側及び進行方向後側に、この集電舟７の下面７ｅの中心線に対して対称に配置されている。縦渦誘導部１０は、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、縦渦発生部９と一体に形成されており、切欠部１０ａなどを備えている。
【００５６】
切欠部１０ａは、デルタ翼部９ａが発生する縦渦Ｆ12を集電舟７の下面７ｅに誘導する部分である。切欠部１０ａは、集電舟７の長さ方向に所定の間隔をあけて形成され、デルタ翼部９ａと互い違いに配置されており、集電舟７の下面７ｅの一方の縁部と他方の縁部とから切り込まれた凹部である。切欠部１０ａは、デルタ翼部９ａと同様に平面形状が略三角形に形成されている。切欠部１０ａは、デルタ翼部９ａの先端部と同じ角度で先端部が鋭角に形成されており、デルタ翼部９ａの左右の側面とそれぞれ連続する左右の側面がいずれも平坦に形成されている。
【００５７】
次に、この発明の第１実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造の作用について説明する。
図１〜図６に示す空力騒音抑制構造８を集電装置３が備えていない場合には、図２に示す車両２がＡ方向に走行すると、図４に示すように集電舟７の表面で気流Ｆ1が剥離して、この集電舟７の進行方向後側に気流Ｆ1が交互に回り込む。このため、上下の剥離せん断層から発生する渦の相互作用によってカルマン渦Ｆ11が発生し、このカルマン渦Ｆ11によって空力音が発生する。例えば、上側の渦が生成するとこの渦の圧力変動によって下側の剥離せん断層が刺激されて新しい渦が生じ、上側の渦が流下した後に下側の渦が成長して、今度は上下の渦の役割が逆転して同様の事象が生じる。このように渦が互いに影響を与えながら交互に生成することによって、エオルス音に起因する空力音が発生する。
【００５８】
一方、図１〜図６に示す空力騒音抑制構造８を集電装置３が備えている場合には、図２に示す車両２がＡ方向に走行すると、図４に示すように縦渦発生部９のデルタ翼部９ａから強い縦渦Ｆ12が発生する。図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示す縦渦誘導部１０の切欠部１０ａによって、デルタ翼部９ａから発生する縦渦Ｆ12が集電舟７の下面７ｅに導かれる。このため、図４に示すように、下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦Ｆ11と縦渦誘導部１０から導かれる縦渦Ｆ12とが干渉して、下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦Ｆ11の強度がこの干渉作用によって弱められる。その結果、図１から図６に示すように、集電舟７の下側のみに空力音の低減対策が施されていても、上側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦Ｆ11の成長が妨げられて、上下の渦の相互作用が弱まり、カルマン渦Ｆ11の強度が弱まって空力音が抑制される。
【００５９】
この発明の第１実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造には、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の進行方向後側に発生するカルマン渦Ｆ11による空力騒音を抑制するために、この集電装置３の集電舟７の下側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦Ｆ11を低減させる縦渦Ｆ12を縦渦発生部９が発生させる。このため、縦渦Ｆ12とカルマン渦Ｆ11との干渉作用によってこのカルマン渦Ｆ11の発生を抑制して、このカルマン渦Ｆ11に起因するエオルス音を低減することができる。
【００６０】
(2) この第１実施形態では、集電装置３の集電舟７の下方に縦渦発生部９が配置されている。例えば、集電装置３の集電舟７の上側にはトロリ線１ａと摺動するすり板７ａが存在するため、この集電舟７の上側に縦渦発生部９を設置することができない。また、縦渦発生部９をすり板７ａの一部として製作した場合には、すり板７ａと縦渦発生部９との間に発生するアークによって縦渦発生部９が損傷してしまう。この第１実施形態では、集電舟７の構造を大規模に変更せずに、この集電舟７の下方に縦渦発生部９を取り付けるだけで、すり板７ａの摩耗による形状変化による影響を考慮することなく、空力音を簡単に低減することができる。
【００６１】
(3) この第１実施形態では、集電装置３の集電舟７の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形のデルタ翼部９ａを縦渦発生部９が備えている。このため、集電舟７の下面７ｅにおける気流Ｆ1の剥離を緩和することができるとともに、デルタ翼部９ａの翼前縁から強い縦渦Ｆ12を発生させることによって、集電舟７の周囲に縦渦Ｆ12を誘起させることができる。その結果、集電舟７の後流のカルマン渦Ｆ11と縦渦Ｆ12とを干渉させるとともに、このカルマン渦Ｆ11の発生源となる剥離せん断層とこの縦渦Ｆ12とを干渉させて、このカルマン渦Ｆ11の生成の抑制及び構造の崩壊を促し、空力音の低減を図ることができる。また、薄い板状部材によってデルタ翼部９ａを簡単に製作することができるため、集電舟７の構造が複雑化するのを防ぐことができるとともに、重量やコストの増加も防ぐことができる。その結果、縦渦発生部９を集電舟７に簡単に装着することができるとともに、トロリ線１ａに対するすり板７ａの追従性に影響を与えず、空力音を容易に低減することができる。さらに、現状の集電舟７の形状や開発ノウハウをそのまま使用することができるため、集電舟７の開発コストを低減することができる。
【００６２】
(4) この第１実施形態では、集電舟７の進行方向前側及び進行方向後側に縦渦発生部９が対称に配置されている。このため、縦渦発生部９の後側から集電舟７の後方に効率的に縦渦Ｆ12が抜けて、この縦渦Ｆ12をカルマン渦Ｆ11と干渉させて集電舟７から発生する空力音を低減することができる。また、車両２がＡ方向に走行する場合だけではなく、このＡ方向とは反対方向にこの車両２が走行する場合であっても、集電舟７から発生する空力音を低減することができる。特に、進行方向が変化する鉄道車両の場合には、上下線のいずれを走行しても空力音を低減することができる。
【００６３】
(5) この第１実施形態では、縦渦発生部９が発生する縦渦Ｆ12を集電舟７の下方に縦渦誘導部１０が導く。このため、縦渦発生部９が発生する縦渦Ｆ12を集電舟７の下面７ｅ側に効率的に導き、この縦渦Ｆ12を効率的に生成することができるとともに、この縦渦Ｆ12の成長を促進することができる。その結果、下側の剥離せん断層から発生するカルマン渦Ｆ11を低減し、この下側のカルマン渦Ｆ11による圧力変動によって生じる上側の剥離せん断層から発生するカルマン渦Ｆ11も低減することができる。
【００６４】
(6) この第１実施形態では、集電装置３の集電舟７の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形の切欠部１０ａを縦渦誘導部１０が備えている。このため、デルタ翼部９ａの翼前縁から発生する強い縦渦Ｆ12を集電舟７の下面７ｅに簡単に誘導し、この集電舟７の下側の剥離せん断層から発生するカルマン渦Ｆ11と縦渦誘導部１０から導かれる縦渦Ｆ12とを干渉させて、エオルス音の発生を低減することができる。
【００６５】
(7) この第１実施形態では、集電舟７の進行方向前側及び進行方向後側に縦渦誘導部１０が対称に配置されている。このため、縦渦誘導部１０の後側から集電舟７の後方に効率的に縦渦Ｆ12が抜けて、この縦渦Ｆ12をカルマン渦Ｆ11と干渉させて集電舟７から発生する空力音を低減することができる。また、車両２がＡ方向に走行する場合だけではなく、このＡ方向とは反対方向にこの車両２が走行する場合であっても、集電舟７から発生する空力音を低減することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
以下では、図１〜図６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７及び図８に示す空力騒音抑制構造８は、集電舟７の端面７ｆに着脱自在に装着されており、図１〜図６に示す空力騒音抑制構造８と同様に、表面が絶縁処理された合成樹脂又は軽量金属などによって形成されている。空力騒音抑制構造８は、外観形状が略三角錐の三次元形状の部材を気流Ｆ1の流れる方向に対して略直交するように、所定の間隔をあけて複数並べて集電舟７の端面７ｆに配置している。空力騒音抑制構造８は、図５及び図６に示す縦渦誘導部１０が省略されており、図７及び図８に示す縦渦発生部９がデルタ翼部９ｂなどを備えている。
【００６７】
デルタ翼部９ｂは、図５及び図６に示すデルタ翼部９ａと同様に縦渦Ｆ12を発生する部分である。デルタ翼部９ｂは、図７及び図８に示すように、集電舟７の長さ方向に所定の間隔をあけて形成されており、集電舟７の進行方向前側の端面７ｆと進行方向後側の端面７ｆから突出して形成された凸部である。デルタ翼部９ｂは、外観形状が略三角錐に形成されており、水平面で切断したときの断面形状が正三角形である三次元的な渦発生装置(ボルテックス・ジェネレータ(Vortex Generator))として機能する。デルタ翼部９ｂは、集電舟７の下面７ｅと同一面（同一高さ）であり外観が正三角形の平坦な底面９ｄと、集電舟７の端面７ｆと接合し外観が二等辺三角形の平坦な背面９ｅと、外観が三角形の平坦な左右の側面９ｆなどを備えている。デルタ翼部９ｂは、先端部が鋭角に形成されており、デルタ翼部９ｂの上端部は端面７ｆの垂直面と傾斜面との境界線と一致するように配置されている。
【００６８】
この発明の第２実施形態に係る集電装置の空力騒音抑制構造には、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、集電装置３の集電舟７の長さ方向に所定の間隔をあけて、外観形状が略三角錐のデルタ翼部９ｂを縦渦発生部９が備えている。このため、よどみ点からの流れが効率よくデルタ翼部９ｂの翼端部に導かれて強い縦渦Ｆ12を誘起させることができる。
【００６９】
（第３実施形態）
図９及び図１０に示す空力騒音抑制構造８は、図１〜図６に示す空力騒音抑制構造８と同様に、集電舟７の下面７ｅに着脱自在に装着されており、表面が絶縁処理された合成樹脂又は軽量金属などによって形成されている。空力騒音抑制構造８は、図９及び図１０に示すように、三角形状の凸部と台形状の凹部とを互い違いに連続して、この集電舟７の長さ方向に形成している。空力騒音抑制構造８は、例えば、平面形状が略長方形の板状部材の両縁部を所定の間隔をあけて鋭角な三角形状の凸部に形成することによって、全体を鋸刃状（ぎざぎざ）に形成しており、気流Ｆ1の流れる方向に対して略直交するように集電舟７の下面７ｅに配置されている。空力騒音抑制構造８は、図５及び図６に示す縦渦誘導部１０が省略されており、図９及び図１０に示す縦渦発生部９がデルタ翼部９ｃなどを備えている。
【００７０】
デルタ翼部９ｃは、図５〜図８に示すデルタ翼部９ａ，９ｂと同様に縦渦Ｆ12を発生する部分である。デルタ翼部９ｃは、図９及び図１０に示すように、集電舟７の長さ方向に所定の間隔をあけて形成されており、集電舟７の下面７ｅの一方の縁部と他方の縁部から外側に突出して形成された凸部である。デルタ翼部９ｃは、図５及び図８に示すデルタ翼部９ａと同様のデルタ翼板であり、平面形状が略三角形に形成されている。デルタ翼部９ｃは、図９及び図１０に示すように、先端部が鋭角に形成されており、上面、下面及び左右の側面がいずれも平坦に形成されている。この第３実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
【００７１】
（第４実施形態）
図１１及び図１２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３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が気流Ｆ1を受けるときに、この気流Ｆ1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１１及び図１２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、この空気の流れによってこの集電装置３から発生する揚力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。
【００７２】
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。
【００７３】
揚力調整装置１４は、集電装置３に作用する揚力±Ｌを調整する装置である。揚力調整装置１４は、例えば、集電装置３の集電舟７の開発の最終段階においてこの集電舟７に作用する揚力±Ｌを調整するために使用される。揚力調整装置１４は、図１〜図１０に示す空力騒音抑制構造８と、図１２に示す突出量可変部１５などを備えている。揚力調整装置１４は、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の突出量δを突出量可変部１５によって可変することによって集電舟７に作用する揚力を調整する。揚力調整装置１４は、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを増加させたいときには、突出量可変部１５によって縦渦発生部９の突出量δを小さく調整し、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを増加させたいときには、突出量可変部１５によって縦渦発生部９の突出量δを大きく調整する。以下では、図９及び図１０に示すデルタ翼部９ｃを備える縦渦発生部９の突出量δを揚力調整装置１４によって調整する場合を例に挙げて説明する。
【００７４】
図１２に示す突出量可変部１５は、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の突出量δを調整する部分である。突出量可変部１５は、図１２（Ａ）に示すように、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを増加させるときには縦渦発生部９の突出量δを減少させ、図１２（Ｂ）に示すようにこの集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを増加させるときにはこの縦渦発生部９の突出量δを増加させる。突出量可変部１５は、手動操作によって縦渦発生部９を突出又は引き込むことによって、この縦渦発生部９の前後方向の位置を調整してこの縦渦発生部９の突出量δを可変する。突出量可変部１５は、ガイド部１５ａ，１５ｂと、固定部１５ｃと、スライド部１５ｄなどを備えている。
【００７５】
ガイド部１５ａは、縦渦発生部９の上面をスライド自在にガイドする部分である。ガイド部１５ａは、縦渦発生部９の上面が摺動可能なように平坦面に形成されており、集電舟７と一体に水平に形成されている。ガイド部１５ａは、このガイド部１５ａを貫通する雌ねじ部１５ｅなどを備えている。ガイド部１５ｂは、ガイド部１５ａとの間に縦渦発生部９を挟み込むようにこの縦渦発生部９の下面をスライド自在にガイドする部分である。ガイド部１５ｂは、縦渦発生部９の下面が摺動可能なように平坦面に形成されており、ガイド部１５ａと同様に集電舟７と一体に水平に形成されている。ガイド部１５ｂは、このガイド部１５ａを貫通する貫通孔１５ｆなどを備えており、この貫通孔１５ｆは固定部１５ｃのボルト頭部の外径よりも内径が僅かに大きく形成されている。固定部１５ｃは、縦渦発生部９を所定の位置に固定する部分である。固定部１５ｃは、縦渦発生部９の突出量δが所定量になるように、この縦渦発生部９を集電舟７に固定する。固定部１５ｃは、例えば、ガイド部１５ｂの貫通孔１５ｆに挿入されてガイド部１５ａの雌ねじ部１５ｅと噛み合う雄ねじ部を有する六角穴付きボルトなどである。固定部１５ｃは、ボルト頭部の座面をスライド部１５ｄの下面に密着させることによって、この縦渦発生部９を所定の位置に固定する。固定部１５ｃは、集電舟７の下面７ｅから突出して空力騒音の発生源となるのを防ぐために、縦渦発生部９を完全に固定したときにボルト頭部の上面がこの集電舟７の下面７ｅと同一高さ（面一）となる。スライド部１５ｄは、縦渦発生部９と一体となってスライドする部分である。スライド部１５ｄは、このスライド部１５ｄを貫通しこのスライド部１５ｄの進退方向に形成された長孔１５ｇを備えており、この長孔１５ｇは固定部１５ｃの雄ねじ部の外径よりも幅が僅かに大きく形成されている。
【００７６】
次に、この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整装置の使用方法について説明する。
図１２（Ａ）に示すように、集電舟７を上昇させる方向に作用する揚力＋Ｌを増加させて、この集電舟７を下降させる方向に作用する揚力−Ｌを低下させるときには、固定部１５ｃを緩めてスライド部１５ｄをスライド可能な状態にする。次に、縦渦発生部９の突出量δを可変して、集電舟７の端面７ｆからこの縦渦発生部９を例えば突出量δ=δ1だけ突出させた後に、固定部１５ｃを締め付けてこの縦渦発生部９を所定位置に固定する。一方、図１２（Ｂ）に示すように、集電舟７を下降させる方向に作用する揚力−Ｌを増加させて、この集電舟７を上昇させる方向に作用する揚力＋Ｌを低下させるときには、固定部１５ｃを緩めてスライド部１５ｄをスライド可能な状態にする。次に、縦渦発生部９の突出量δを可変して、集電舟７の端面７ｆからこの縦渦発生部９を例えば突出量δ=δ2(δ2＞δ1)だけ突出させた後に、固定部１５ｃを締め付けてこの縦渦発生部９を所定位置に固定する。
【００７７】
次に、この発明の第４実施形態に係る集電装置の揚力調整装置の作用を説明する。
図１１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Ｆ1を流すと、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌや集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌ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±Ｌを適正値に調整するために、縦渦発生部９の突出量δを調整する必要がある。例えば、図１２（Ａ）に示す集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを増加させる必要があるときには、突出量可変部１５によって縦渦発生部９の突出量δが小さくなるように調整される。その結果、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが低下して、集電装置３に作用する揚力±Ｌが適正値に設定される。一方、図１２（Ｂ）に示すように、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを増加させる必要があるときには、突出量可変部１５によって縦渦発生部９の突出量δが大きくなるように調整される。その結果、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌが低下して、集電装置３に作用する揚力±Ｌが適正値に設定される。
【００７８】
この発明の第４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３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。
(1) この第４実施形態では、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の突出量δを突出量可変部１５が可変する。このため、例えば、集電舟７の開発の最終段階においてこの集電舟７に作用する揚力±Ｌを縦渦発生部９の突出量δを可変するだけで簡単に調整することができる。また、従来の揚力調整装置ではこの装置自体から空力騒音が発生していたが、この実施形態では縦渦発生部９が空力音の低減効果を発揮するため、空力音を増加させずに揚力を調整することができる。
【００７９】
(2) この第４実施形態では、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを増加させるときには縦渦発生部９の突出量δを突出量可変部１５が減少させ、この集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを増加させるときにはこの縦渦発生部９の突出量δをこの突出量可変部１５が増加させる。このため、縦渦発生部９の突出量δを可変するだけで揚力特性を短時間で調整することができる。
【００８０】
（第５実施形態）
図１３に示す揚力調整装置１４は、図１〜図１０に示す空力騒音抑制構造８と、迎角変更部１６などを備えている。揚力調整装置１４は、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の迎角θを迎角変更部１６によって変更することによって集電舟７に作用する揚力を調整する。ここで、迎角θとは、縦渦発生部９の前後方向（幅方向）と気流Ｆ1の方向とのなす角である。図１６に示すように、迎角θは、正の値（縦渦発生部９の前方から後方に向かって気流が斜め下方向）であるときには、この集電舟７を上昇させる方向を正とする揚力＋Ｌがこの集電舟７に作用する。一方、迎角θは、負の値（縦渦発生部９の前方から後方に向かって気流が斜め上方向）であるときには、この集電舟７を下降させる方向を負とする揚力−Ｌがこの集電舟７に作用する。揚力調整装置１４は、図１３（Ａ）に示すように、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを増加させたいときには、迎角変更部１６によって縦渦発生部９の迎角θを大きく調整する。一方、揚力調整装置１４は、図１３（Ｂ）に示すように、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを増加させたいときには、迎角変更部１６によって縦渦発生部９の迎角θを小さく調整する。以下では、図９及び図１０に示すデルタ翼部９ｃを備える縦渦発生部９の迎角θを揚力調整装置１４によって調整する場合を例に挙げて説明する。
【００８１】
迎角変更部１６は、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の迎角θを調整する部分である。迎角変更部１６は、図１３（Ａ）に示すように、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを増加させるときには、縦渦発生部９の迎角θを増加させ、図１３（Ｂ）に示すようにこの集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを増加させるときにはこの縦渦発生部９の迎角θを減少させる。迎角変更部１６は、手動操作によって縦渦発生部９の角度を調整してこの縦渦発生部９の迎角θを可変する。迎角変更部１６は、図１３（Ｃ）に示すように、軸部１６ａと、支持部１６ｂと、固定部１６ｃなどを備えている。
【００８２】
図１３（Ｃ）に示す軸部１６ａは、縦渦発生部９と一体となって回転する部分である。軸部１６ａは、縦渦発生部９の両端部のこの縦渦発生部９の後端部寄りに、この縦渦発生部９から突出してこの縦渦発生部９と一体に形成されている。軸部１６ａは、端面に所定の深さの雌ねじ部１６ｄを備えている。支持部１６ｂは、軸部１６ａを回転自在に支持する部分である。支持部１６ｂは、軸部１６ａの外周面を回転自在に支持する軸受部（ヒンジ部）であり、集電舟７の端面７ｆの傾斜面にこの端面７ｆと一体に形成されている。支持部１６ｂは、固定部１６ｃのボルト頭部の外径よりも内径が僅かに大きい凹部１６ｅと、この凹部１６ｅの中心に形成されてこの支持部１６ｂを貫通する貫通孔１６ｆなどを備えている。固定部１６ｃは、縦渦発生部９を所定の傾斜角度に固定する部分である。固定部１６ｃは、縦渦発生部９の迎角θが所定角度になるように、この縦渦発生部９を集電舟７に固定する。固定部１６ｃは、例えば、軸部１６ａの雌ねじ部１６ｄと噛み合う雄ねじ部を有する六角穴付きボルトなどである。固定部１６ｃは、ボルト頭部の座面を支持部１６ｂの凹部１６ｅの底面に密着させることによって、一対の支持部１６ｂの間に軸部１６ａの両端部を挟み込み、この縦渦発生部９を所定の傾斜角度に固定する。固定部１６ｃは、支持部１６ｂの表面から突出して空力騒音の発生源となるのを防ぐために、縦渦発生部９を完全に固定したときにボルト頭部の上面がこの支持部１６ｂの表面と同一高さ（面一）となる。
【００８３】
次に、この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整装置の使用方法について説明する。
図１３（Ａ）に示すように、集電舟７を上昇させる方向に作用する揚力＋Ｌを増加させるときには、固定部１６ｃを緩めて軸部１６ａを回転中心として縦渦発生部９を回転可能な状態にする。次に、縦渦発生部９の前縁部が上方に傾斜するようにこの縦渦発生部９の迎角θを可変して、この縦渦発生部９を例えば迎角θ=＋θ1だけ上向きに回転させた後に、固定部１６ｃを締め付けてこの縦渦発生部９を所定の傾斜角度に固定する。一方、図１３（Ｂ）に示すように、集電舟７を下降させる方向に作用する揚力−Ｌを増加させるときには、固定部１６ｃを緩めて軸部１６ａを回転中心として縦渦発生部９を回転可能な状態にする。次に、縦渦発生部９の前縁部が下方に傾斜するようにこの縦渦発生部９の迎角θを可変して、この縦渦発生部９を例えば迎角θ=−θ2だけ下向きに回転させた後に、固定部１６ｃを締め付けてこの縦渦発生部９を所定の傾斜角度に固定する。
【００８４】
次に、この発明の第５実施形態に係る集電装置の揚力調整装置の作用を説明する。
例えば、図１３（Ａ）に示すように、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを増加させる必要があるときには、迎角変更部１６によって縦渦発生部９が上向きになるように迎角θが調整される。その結果、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌが増加して、集電装置３に作用する揚力±Ｌが適正値に設定される。一方、図１３（Ｂ）に示すように、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを増加させる必要があるときには、迎角変更部１６によって縦渦発生部９が下向きになるように迎角θが調整される。その結果、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが増加して、集電装置３に作用する揚力±Ｌが適正値に設定される。
【００８５】
この発明の第５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３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。
(1) この第５実施形態では、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の迎角θを迎角変更部１６が変更する。このため、例えば、集電舟７の開発の最終段階においてこの集電舟７に作用する揚力±Ｌを縦渦発生部９の迎角θを変更するだけで簡単に調整することができる。また、従来の揚力調整装置ではこの装置自体から空力騒音が発生していたが、この実施形態では縦渦発生部９が空力音の低減効果を発揮するため、空力音を増加させずに揚力を調整することができる。
【００８６】
(2) この第５実施形態では、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを増加させるときには縦渦発生部９の迎角θを迎角変更部１６が増加させ、この集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを増加させるときにはこの縦渦発生部９の迎角θを迎角変更部１６が減少させる。このため、縦渦発生部９の迎角θを可変するだけで揚力特性を短時間で調整することができる。
【００８７】
（第６実施形態）
図１４に示す揚力制御装置１７は、集電装置３に作用する揚力±Ｌを制御する装置である。揚力制御装置１７は、図２に示す車両２が軌道上を走行するときに集電装置３の集電舟７に作用する揚力±Ｌを自動的に調整する。揚力制御装置１７は、図１〜図１０に示す空力騒音抑制構造８と、接触力測定部１８と、突出量可変部１９と、制御部２０などを備えている。揚力制御装置１７は、すり板７ａに作用する接触力Ｃを接触力測定部１８によって測定し、この接触力Ｃの大きさに応じて縦渦発生部９の突出量δを突出量可変部１９によって可変して、集電舟７に作用する揚力±Ｌを制御する。揚力制御装置１７は、図１４（Ａ）に示すように、集電舟７に作用する接触力Ｃが標準値よりも大きくなったときには、縦渦発生部９の突出量δが大きくなるように突出量可変部１９を動作制御し、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを大きくして接触力Ｃを低下させる。一方、揚力制御装置１７は、図１４（Ｂ）に示すように、集電舟７に作用する接触力Ｃが標準値よりも小さくなったときには、縦渦発生部９の突出量δが小さくなるように突出量可変部１９を動作制御し、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを大きくして接触力Ｃを増加させる。以下では、図９及び図１０に示すデルタ翼部９ｃを備える縦渦発生部９の突出量δを突出量可変部１９によって可変する場合を例に挙げて説明する。
【００８８】
図１４に示す接触力測定部１８は、集電装置３のすり板７ａとこのすり板７ａが接触するトロリ線１ａとの間に作用する接触力Ｃを測定する部分である。接触力測定部１８は、例えば、集電舟７の撓み又はすり板支持部７ｂの撓みを検出することによって、接触力Ｃを検出する歪みセンサ又はロードセルなどの接触力センサである。接触力測定部１８は、すり板７ａ及びすり板支持部７ｂを通じて集電舟７に作用する接触力Ｃの大きさに応じた接触力測定信号（歪み検出信号）を制御部２０に出力する。
【００８９】
突出量可変部１９は、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の突出量δを可変する部分である。突出量可変部１９は、ガイド部１５ａとガイド部１５ｂとの間で縦渦発生部９を進退自在に駆動してこの縦渦発生部９の突出量δを可変する。突出量可変部１９は、空気又は油などの作動流体の流体圧によって駆動力を発生する流体圧シリンダ１９ａと、この流体圧シリンダ１９ａ内の流体圧の変化によって伸縮するピストンロッド１９ｂと、このピストンロッド１９ｂの進出時には流体圧シリンダ１９ａのシリンダ室に流体を供給し、このピストンロッド１９ｂの後退時には流体圧シリンダ１９ａのシリンダ室から流体を排出させる流体圧回路１９ｃなどを備える突出装置である。突出量可変部１９は、流体圧シリンダ１９ａのピストンロッド１９ｂの先端部が縦渦発生部９の後端部に回転自在に連結しており、このピストンロッド１９ｂを伸縮させることによってこの縦渦発生部９を進退させる。
【００９０】
制御部２０は、接触力測定部１８の測定結果に基づいて突出量可変部１９を動作制御する部分である。制御部２０は、接触力測定部１８が出力する接触力測定信号に基づいて接触力Ｃを演算し、この接触力Ｃが所定値（しきい値）を超えているか否かを判断する。制御部２０は、図１４（Ａ）に示すように、接触力Ｃが所定値（しきい値）を超えているときには縦渦発生部９の突出量δが増加するように突出量可変部１９を動作制御し、図１４（Ｂ）に示すように接触力Ｃが所定値を下回るときには縦渦発生部９の突出量δが減少するように突出量可変部１９を動作制御する。
【００９１】
次に、この発明の第６実施形態に係る集電装置の揚力制御装置の作用を説明する。
図２に示すように、車両２がＡ方向に走行すると集電舟７に揚力±Ｌが作用するため、図１４に示すようにトロリ線１ａとすり板７ａとの間の接触力Ｃが変動する。例えば、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが増加すると、図１４（Ｂ）に示すように集電舟７とすり板７ａとの間の相対変位が大きくなって接触力Ｃが低下する。このため、トロリ線１ａからすり板７ａが離れる離線が発生し、トロリ線１ａとすり板７ａとの間にアークが発生する。一方、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌが増加すると、図１４（Ａ）に示すように集電舟７とすり板７ａとの間の相対変位が小さくなって接触力Ｃが増加する。このため、トロリ線１ａとすり板７ａとの間に発生する摩擦抵抗が過大になって、トロリ線１ａやすり板７ａが摩耗する。図２に示す車両２がＡ方向に走行して、図１４に示すようにすり板７ａ及びすり板支持部７ｂを通じて接触力測定部１８に接触力Ｃが伝達する。このため、集電舟７の撓み量又はすり板支持部７ｂの撓み量を接触力測定部１８が測定し、この接触力Ｃに応じた接触力測定信号を制御部２０に出力する。接触力測定信号が制御部２０に入力するとこの接触力測定信号に基づいて制御部２０が接触力Ｃを演算し、この接触力Ｃが所定値を超えているか否かを制御部２０が判断する。
【００９２】
接触力Ｃが所定値を超えると制御部２０が判断したときには、縦渦発生部９の突出量δが増加するように突出量可変部１９を制御部２０が動作制御する。このため、図１４（Ａ）に示すように、流体圧シリンダ１９ａのシリンダ室に流体圧回路１９ｃによって作動流体が供給されてピストンロッド１９ｂが伸長して、このピストンロッド１９ｂが縦渦発生部９を突出する方向に駆動する。その結果、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌが減少し、この集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが増加して接触力Ｃが低下する。一方、接触力Ｃが所定値を下回ると制御部２０が判断したときには、縦渦発生部９の突出量δが減少するように突出量可変部１９を制御部２０が動作制御する。このため、図１４（Ｂ）に示すように、流体圧シリンダ１９ａのシリンダ室から流体圧回路１９ｃによって作動流体が排出されてピストンロッド１９ｂが縮小して、このピストンロッド１９ｂが縦渦発生部９を引き込まれる方向に駆動する。その結果、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが減少し、この集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌが増加して接触力Ｃが増加する。
【００９３】
この発明の第６実施形態に係る集電装置の揚力制御装置には、第１実施形態〜第３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。
(1) この第６実施形態では、トロリ線１ａとすり板７ａとの間に作用する接触力Ｃを測定する接触力測定部１８の測定結果に基づいて、縦渦発生部９の突出量δを可変する突出量可変部１９を制御部２０が動作制御する。このため、集電装置３に作用する揚力±Ｌを縦渦発生部９の突出量δを可変するだけで簡単に制御することができる。その結果、トロリ線１ａからのすり板７ａの離線を抑制することができるとともに、トロリ線１ａ及びすり板７ａの摩耗を抑制することができる。また、従来の揚力制御装置ではこの装置自体から空力騒音が発生していたが、この実施形態では縦渦発生部９が空力音の低減効果を発揮するため、空力音を増加させずに揚力を調整することができる。
【００９４】
(2) この第６実施形態では、接触力Ｃが所定値を越えるときには縦渦発生部９の突出量δが増加するように突出量可変部１９を制御部２０が動作制御し、接触力Ｃが所定値を下回るときには縦渦発生部９の突出量δが減少するように突出量可変部１９を制御部２０が動作制御する。このため、揚力±Ｌを制御することによって接触力Ｃが変動するのを抑制し、この接触力Ｃを略一定に維持することができる。
【００９５】
（第７実施形態）
図１５に示す揚力制御装置１７は、図１〜図１０に示す空力騒音抑制構造８と、接触力測定部１８と、迎角変更部２１と、制御部２２などを備えている。揚力制御装置１７は、すり板７ａに作用する接触力Ｃを接触力測定部１８によって測定し、この接触力Ｃの大きさに応じて縦渦発生部９の迎角θを迎角変更部２１によって変更して、集電舟７に作用する揚力±Ｌを制御する。揚力制御装置１７は、図１５（Ａ）に示すように、集電舟７に作用する接触力Ｃが標準値よりも大きくなったときには、縦渦発生部９の迎角θが小さくなるように突出量可変部１９を動作制御し、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌを大きくして接触力Ｃを低下させる。一方、揚力制御装置１７は、図１５（Ｂ）に示すように、集電舟７に作用する接触力Ｃが標準値よりも小さくなったときには、縦渦発生部９の迎角θが大きくなるように突出量可変部１９を動作制御し、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌを大きくして接触力Ｃを増加させる。以下では、図９及び図１０に示すデルタ翼部９ｃを備える縦渦発生部９の迎角θを迎角変更部２１によって可変する場合を例に挙げて説明する。
【００９６】
迎角変更部２１は、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の迎角θを可変する部分である。迎角変更部２１は軸部１６ａを回転中心として縦渦発生部９を回転自在に駆動してこの縦渦発生部９の迎角θを変更する。迎角変更部２１は、縦渦発生部９を回転させるための駆動力を発生する電動機２１ａと、縦渦発生部９が上向き及び下向きに回転するように電動機２１ａを正転及び逆転させるための駆動電流を供給する電気回路２１ｂと、電動機２１ａの駆動軸と一体となって回転する駆動ギヤ２１ｃと、軸部１６ａと一体となって回転し駆動ギヤ２１ｃと噛み合う従動ギヤ２１ｄなどを備える迎角変更装置である。迎角変更部２１は、電動機２１ａが正転又は逆転するときに発生する回転力を、駆動ギヤ２１ｃを通じて従動ギヤ２１ｄに伝達し、この回転力によって縦渦発生部９を昇降させる。
【００９７】
制御部２２は、接触力測定部１８の測定結果に基づいて迎角変更部２１を動作制御する部分である。制御部２２は、制御部２０と同様に、接触力測定部１８が出力する接触力測定信号に基づいて接触力Ｃを演算し、この接触力Ｃが所定値（しきい値）を超えているか否かを判断する。制御部２２は、図１５（Ａ）に示すように、接触力Ｃが所定値（しきい値）を超えているときには縦渦発生部９の迎角θが減少するように迎角変更部２１を動作制御し、図１５（Ｂ）に示すように接触力Ｃが所定値を下回るときには縦渦発生部９の迎角θが増加するように迎角変更部２１を動作制御する。
【００９８】
次に、この発明の第７実施形態に係る集電装置の揚力制御装置の作用を説明する。
図２に示す車両２がＡ方向に走行すると、図１５に示す接触力Ｃに応じた接触力測定信号を制御部２２に出力し、この接触力測定信号に基づいて制御部２２が接触力Ｃを演算し、この接触力Ｃが所定値を超えているか否かを制御部２２が判断する。接触力Ｃが所定値を超えると制御部２２が判断したときには、図１５（Ａ）に示すように縦渦発生部９の迎角θが減少するように迎角変更部２１を制御部２２が動作制御する。このため、電動機２１ａに電気回路２１ｂから駆動電流が供給されてこの電動機２１ａが正転し、駆動ギヤ２１ｃから従動ギヤ２１ｄに回転力が伝達されて、縦渦発生部９が下向き（迎角−θが大きくなる方向）に駆動する。その結果、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌが減少し、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが増加して接触力Ｃが低下する。一方、接触力Ｃが所定値を下回ると制御部２０が判断したときには、図１５（Ｂ）に示すように縦渦発生部９の迎角θが増加するように迎角変更部２１を制御部２２が動作制御する。このため、電動機２１ａに電気回路２１ｂから駆動電流が供給されてこの電動機２１ａが逆転し、駆動ギヤ２１ｃから従動ギヤ２１ｄに回転力が伝達されて、縦渦発生部９が上向き（迎角＋θが大きくなる方向）に駆動する。その結果、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが減少し、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌが増加して接触力Ｃが増加する。
【００９９】
この発明の第７実施形態に係る集電装置の揚力制御装置には、第１実施形態〜第３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。
(1) この第７実施形態では、すり板７ａとトロリ線１ａとの間に作用する接触力Ｃを測定する接触力測定部１８の測定結果に基づいて、縦渦発生部９の迎角θを変更する迎角変更部２１を制御部２２が動作制御する。このため、集電装置３に作用する揚力±Ｌを縦渦発生部９の迎角を変更するだけで簡単に制御することができる。その結果、トロリ線１ａからのすり板７ａの離線を抑制することができるとともに、トロリ線１ａ及びすり板７ａの摩耗を抑制することができる。また、従来の揚力制御装置ではこの装置自体から空力騒音が発生していたが、この実施形態では縦渦発生部９が空力音の低減効果を発揮するため、空力音を増加させずに揚力を調整することができる。
【０１００】
(2) この第７実施形態では、接触力Ｃが所定値を越えるときには縦渦発生部９の迎角θが減少するように迎角変更部２１を制御部２２が動作制御し、接触力Ｃが所定値を下回るときには縦渦発生部９の迎角θが増加するように迎角変更部２１を制御部２２が動作制御する。このため、揚力±Ｌを制御することによって接触力Ｃが変動するのを抑制し、この接触力Ｃを略一定に維持することができる。
【０１０１】
（第８実施形態）
図１６に示す揚力制御装置１７は、集電装置３に作用する揚力±Ｌを制御する装置である。揚力制御装置１７は、図２に示す車両２が軌道上を走行するときに集電装置３の集電舟７に作用する揚力±Ｌを機械的に調整する。揚力制御装置１７は、図１４に示す制御部２０が省略されており、図１〜図１０に示す空力騒音抑制構造８と、突出量可変部２３などを備えている。揚力制御装置１７は、すり板７ａに作用する接触力Ｃの大きさに応じて縦渦発生部９の突出量δを突出量可変部２３によって可変して、集電舟７に作用する揚力±Ｌを制御する。以下では、図９及び図１０に示すデルタ翼部９ｃを備える縦渦発生部９の突出量δを突出量可変部２３によって可変する場合を例に挙げて説明する。
【０１０２】
突出量可変部２３は、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の突出量δを接触力Ｃに応じて可変する部分である。突出量可変部２３は、集電舟７の昇降動作に連動して縦渦発生部９を進退動作させており、この集電舟７の昇降動作を縦渦発生部９の進退動作に変換する動作変換部として機能する。突出量可変部２３は、例えば、集電舟７が上下方向に変位したときにこの変位量と同じ変位量で縦渦発生部９を進退させる。突出量可変部２３は、ラック２３ａ，２３ｂと、ピニオン２３ｃなどを備えている。ラック２３ａ，２３ｂは、ピニオン２３ｃと噛み合う歯である。ラック２３ａは、すり板７ａと一体となって昇降するように、すり板７ａの下面に上端部が連結されており、所定の方向に昇降自在にガイドされている。ラック２３ｂは、縦渦発生部９と一体となって進退するように、縦渦発生部９の後縁部に一端部が連結されており、ラック２３ａの昇降方向と直交する方向に進退自在にガイドされている。ピニオン２３ｃは、ラック２３ａ，２３ｂと噛み合って回転する歯車であり、集電舟７に回転自在に支持されている。突出量可変部２３は、図１６（Ａ）に示すように、すり板７ａと集電舟７との間の相対変位が小さくなったときには縦渦発生部９の突出量δを増加させ、図１６（Ｂ）に示すようにすり板７ａと集電舟７との間の相対変位が大きくなったときには縦渦発生部９の突出量δを減少させる。
【０１０３】
次に、この発明の第８実施形態に係る集電装置の揚力制御装置の作用を説明する。
図１６（Ａ）に示すように、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌが増加して接触力Ｃが増加すると、集電舟７とすり板７ａとの間の相対変位が小さくなって、ピニオン２３ｃが集電舟７と一体となって上昇する。このため、ラック２３ａ，２３ｂと噛み合いながらピニオン２３ｃがＢ1方向に回転して、ラック２３ｂと一体となって縦渦発生部９が突出し、この縦渦発生部９の突出量δが大きくなる。その結果、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋が減少し、この集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが増加して接触力Ｃが低下する。一方、図１６（Ｂ）に示すように、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが増加して接触力Ｃが減少すると、集電舟７とすり板７ａとの間の相対変位が大きくなって、ピニオン２３ｃが集電舟７と一体となって下降する。このため、ラック２３ａ，２３ｂと噛み合いながらピニオン２３ｃがＢ1方向とは逆方向のＢ2方向に回転して、ラック２３ｂと一体となって縦渦発生部９が引き込まれ、この縦渦発生部９の突出量δが小さくなる。その結果、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが低下し、この集電舟７を上昇させる方向の揚力＋が増加して接触力Ｃが増加する。
【０１０４】
この発明の第８実施形態に係る集電装置の揚力制御装置には、第１実施形態〜第３実施形態及び第６実施形態の効果に加えて、図１４に示す制御部２０などが不要になって揚力制御装置１７の全体の構造が簡単になり、集電舟７に作用する揚力±Ｌをより一層に簡単に制御することができる。
【０１０５】
（第９実施形態）
図１７に示す揚力制御装置１７は、図１５に示す制御部２２などが省略されており、図１〜図１０に示す空力騒音抑制構造８と、迎角変更部２４などを備えている。揚力制御装置１７は、すり板７ａに作用する接触力Ｃの大きさに応じて縦渦発生部９の迎角θを迎角変更部２４によって変更して、集電舟７に作用する揚力±Ｌを制御する。以下では、図９及び図１０に示すデルタ翼部９ｃを備える縦渦発生部９の迎角θを迎角変更部２４によって変更する場合を例に挙げて説明する。
【０１０６】
迎角変更部２４は、空力騒音抑制構造８の縦渦発生部９の迎角θを接触力Ｃに応じて変更する部分である。迎角変更部２４は、集電舟７の昇降動作に連動して縦渦発生部９を回転動作させており、この集電舟７の昇降動作を縦渦発生部９の回転動作に変換する動作変換部として機能する。迎角変更部２４は、例えば、集電舟７が上下方向に変位したときにこの変位量に応じて縦渦発生部９を回転させる。迎角変更部２４は、ラック２４ａとピニオン２４ｂ，２４ｃなどを備えている。ラック２４ａは、ピニオン２４ｂと噛み合う歯である。ラック２４ａは、図１６に示すラック２３ａと同様に、すり板７ａと一体となって昇降するように、すり板７ａの下面に上端部が連結されており、所定の方向に昇降自在にガイドされている。ピニオン２４ｂは、ラック２４ａと噛み合って回転する歯車であり、集電舟７と一体となって昇降可能なように、この集電舟７に回転自在に支持されている。ピニオン２４ｃは、ピニオン２４ｂと噛み合う歯車であり、縦渦発生部９の軸部１６ａに取り付けられており、この軸部１６ａを回転中心として縦渦発生部９と一体となって回転する。迎角変更部２４は、図１７（Ａ）に示すように、すり板７ａと集電舟７との間の相対変位が小さくなったときには縦渦発生部９の前縁部を下方に傾斜させ、図１７（Ｂ）に示すようにすり板７ａと集電舟７との間の相対変位が大きくなったときには縦渦発生部９の前縁部を上方に傾斜させる。
【０１０７】
次に、この発明の第９実施形態に係る集電装置の揚力制御装置の作用を説明する。
図１７（Ａ）に示すように、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋Ｌが増加して接触力Ｃが増加すると、集電舟７とすり板７ａとの間の相対変位が小さくなって、ピニオン２４ｂ，２４ｃが集電舟７と一体となって上昇する。このため、ラック２４ａと噛み合いながらピニオン２４ｂがＢ1方向に回転するとともに、このピニオン２４ｂと噛み合いながら軸部１６ａを回転中心としてピニオン２４ｃがＢ1方向とは逆方向のＢ2方向に回転し、縦渦発生部９の前縁部が上方に傾斜してこの縦渦発生部９の迎角θが減少する。その結果、集電舟７を上昇させる方向の揚力＋が減少し、この集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが増加して接触力Ｃが低下する。一方、図１７（Ｂ）に示すように、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが増加して接触力Ｃが減少すると、集電舟７とすり板７ａとの間の相対変位が大きくなって、ピニオン２４ｂ，２４ｃが集電舟７と一体となって下降する。このため、ラック２４ａと噛み合いながらピニオン２４ｂがＢ2方向に回転するとともに、このピニオン２４ｂと噛み合いながら軸部１６ａを回転中心としてピニオン２４ｃがＢ1方向に回転し、縦渦発生部９の前縁部が下方に傾斜してこの縦渦発生部９の迎角θが増加する。その結果、集電舟７を下降させる方向の揚力−Ｌが低下し、この集電舟７を上昇させる方向の揚力＋が増加して接触力Ｃが低下する。
【０１０８】
この発明の第９実施形態に係る集電装置の揚力制御装置には、第１実施形態〜第３実施形態及び第７実施形態の効果に加えて、図１５に示す制御部２２などが不要になって揚力制御装置１７の全体の構造が簡単になり、集電舟７に作用する揚力±Ｌをより一層に簡単に制御することができる。
【０１０９】
（第１０実施形態）
図１８に示す物体２５は、流れ場に存在する部材である。物体２５は、気体又は液体などの流体Ｆ2が流れる箇所にこの流体Ｆ2の流れを遮るように、水平方向、垂直方向又は斜め方向に配置されている。物体２５は、中心軸に対して垂直な平面で切断したときの断面形状が略四角形の中実又は中空の角柱部材である。物体２５は、上流側に位置して流体Ｆ2を受ける前面２５ａと、下流側に位置しこの前面２５ａとは反対側の後面２５ｂと、流体Ｆ2の流れる方向に対して平行な側面２５ｃ，２５ｄなどを備えている。物体２５は、例えば、流体Ｆ2の速度を測定するピトー管、流体Ｆ2の温度又は圧力などの物性を測定するセンサ類を被覆する被覆管、鉄道の架線などの電車線、この電車線を支持する架線金具、住宅又は公園などの屋外に設置される手すり、電線、ケーブル、信号機、街灯、標識又は看板などを支持する支柱、鉄道の電車線を支持する電車線構造物、鉄塔、電柱、煙突、配管、整流フィン、橋桁、橋脚などである。
【０１１０】
カルマン渦低減構造２６は、流れ場に存在する物体２５によって発生するカルマン渦Ｆ21を低減する構造である。カルマン渦低減構造２６は、物体２５の付近に縦渦Ｆ22を発生させ、この物体２５からのカルマン渦Ｆ21とこの縦渦Ｆ22とを干渉させることによって、カルマン渦Ｆ21の強度を弱める。カルマン渦低減構造２６は、図１〜図１０に示す空力騒音抑制構造８と同一構造であり、流体Ｆ2の流れる方向に対して交差するようにボルトなどの固定部材によってこの物体２５の側面２５ｃに着脱自在に装着されている。カルマン渦低減構造２６は、縦渦発生部２７と縦渦誘導部２８などを備えている。
【０１１１】
縦渦発生部２７は、カルマン渦Ｆ21を低減させる縦渦Ｆ22を発生させる部分である。縦渦発生部２７は、図５及び図６に示す縦渦発生部９と同一構造であり、図１８に示すように物体２５の側面２５ｃに配置されており、この物体２５の前後に対称に配置されている。縦渦発生部２７は、デルタ翼部２７ａなどを備えている。デルタ翼部２７ａは、図５及び図６に示すデルタ翼部９ａと同一構造であり、図１８に示すように物体２５の長さ方向に所定の間隔をあけて、この物体２５の表面から突出しており、平面形状が略三角形に形成されている。
【０１１２】
縦渦誘導部２８は、縦渦発生部２７が発生する縦渦Ｆ22を物体２５の外周面に導く部分である。縦渦誘導部２８は、図５及び図６に示す縦渦誘導部１０と同一構造であり、図１８に示すように物体２５の側面２５ｃに配置されており、この物体２５の前後に対称に配置されている。縦渦誘導部２８は、縦渦発生部２７と一体に形成されており、切欠部２８ａなどを備えている。切欠部２８ａは、図５及び図６に示す切欠部１０ａと同一構造であり、図１８に示すように物体２５の長さ方向に所定の間隔をあけて形成されており、平面形状が略三角形に形成されている。
【０１１３】
次に、この発明の第１０実施形態に係るカルマン渦低減構造の作用を説明する。
図１８に示すカルマン渦低減構造２６を物体２５が備えていない場合には、流体Ｆ2が矢印方向に流れると物体２５の表面で流体Ｆ2が剥離して、この物体２５の下流側に流体Ｆ2が交互に回り込む。このため、側面２５ｃ，２５ｄ側の剥離せん断層から発生する渦の相互作用によってカルマン渦Ｆ21が発生し、このカルマン渦Ｆ21に起因する騒音や振動が発生する。一方、図１８に示すカルマン渦低減構造２６を物体２５が備えている場合には、縦渦発生部２７のデルタ翼部２７ａから強い縦渦Ｆ22が発生し、縦渦誘導部２８の切欠部２８ａによってこの縦渦Ｆ22が物体２５の側面２５ｃに導かれる。このため、側面２５ｃ側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦Ｆ21と縦渦誘導部１０から導かれる縦渦Ｆ22とが干渉して、側面２５ｃ側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦Ｆ21の強度がこの干渉作用によって弱められる。その結果、側面２５ｄ側の剥離せん断層を発生源とするカルマン渦Ｆ21の成長が妨げられて左右の渦の相互作用が弱まりカルマン渦Ｆ21の強度が弱まる。
【０１１４】
この発明の第１０実施形態に係るカルマン渦低減構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１０実施形態では、カルマン渦Ｆ21を低減させる縦渦Ｆ22を縦渦発生部２７が発生させ、物体２５の長さ方向に所定の間隔をあけて、この物体２５の表面から突出するデルタ翼部２７ａをこの縦渦発生部２７が備えている。このため、縦渦Ｆ22とカルマン渦Ｆ21との干渉作用によってこのカルマン渦Ｆ21の発生を抑制して、このカルマン渦Ｆ21に起因する騒音や振動を低減することができる。
【０１１５】
(2) この第１０実施形態では、デルタ翼部２７ａの平面形状が略三角形である。このため、デルタ翼部２７ａの翼前縁から強い縦渦Ｆ22を発生させることによって、物体２５の周囲に縦渦Ｆ22を誘起させることができる。その結果、物体２５の後流のカルマン渦Ｆ21と縦渦Ｆ22とを干渉させることによって、このカルマン渦Ｆ21の強度を弱めて騒音や振動が発生するのを低減することができる。さらに、薄い板状部材によってデルタ翼部２７ａを簡単に製作することができるため、物体２５の構造が複雑化するのを防ぐことができるとともに重量やコストの増加も防ぐことができる。
【０１１６】
(3) この第１０実施形態では、物体２５の前後に縦渦発生部２７が対称に配置されている。このため、縦渦発生部２７の後側から物体２５の後方に効率的に縦渦Ｆ22が抜けて、この縦渦Ｆ22をカルマン渦Ｆ21と干渉させて騒音や振動の発生を抑えることができる。
【０１１７】
(4) この第１０実施形態では、縦渦発生部２７が発生する縦渦Ｆ22を物体２５の側面２５ｃに縦渦誘導部２８が導く。このため、縦渦発生部２７が発生する縦渦Ｆ22を物体２５の側面２５ｃ側に効率的に導き、この縦渦Ｆ22を効率的に生成することができるとともに、この縦渦Ｆ22の成長を促進することができる。その結果  物体２５の側面２５ｃ側の剥離せん断層から発生するカルマン渦Ｆ21を低減し、この側面２５ｃ側のカルマン渦Ｆ21による圧力変動によって生じる側面２５ｄ側の剥離せん断層から発生するカルマン渦Ｆ21も低減することができる。
【０１１８】
(5) この第１０実施形態では、物体２５の長さ方向に所定の間隔をあけて、平面形状が略三角形の切欠部２８ａを縦渦発生部２７が備えている。このため、デルタ翼部２９ａの翼前縁から発生する強い縦渦Ｆ22を物体２５の側面２５ｃに簡単に誘導し、この側面２５ｃ側の剥離せん断層から発生するカルマン渦Ｆ21と縦渦誘導部２８から導かれる縦渦Ｆ22とを干渉させて、騒音や振動を低減することができる。
【０１１９】
(6) この第１０実施形態では、物体２５の前後に縦渦誘導部２８が対称に配置されている。このため、縦渦発生部２７の後側から物体２５の後方に効率的に縦渦Ｆ22が抜けて、この縦渦Ｆ22をカルマン渦Ｆ21と干渉させて騒音や振動の発生を抑えることができる。
【０１２０】
（第１１実施形態）
図１９に示すデルタ翼部２７ｂは、図７及び図８に示すデルタ翼部９ｂと同一構造であり、物体２５の長さ方向に所定の間隔をあけて形成されており、外観形状が略三角錐に形成されている。この第１１実施形態には、第１０実施形態の効果に加えて、よどみ点からの流れが効率よくデルタ翼部２７ｂの翼端部に導かれて強い縦渦Ｆ22を誘起させることができる。
【０１２１】
（第１２実施形態）
図２０に示すデルタ翼部２７ｃは、図９及び図１０に示すデルタ翼部９ｃと同一構造であり、物体２５の長さ方向に所定の間隔をあけて形成されており、平面形状が略三角形に形成されている。この第１２実施形態には、第１０実施形態と同様の効果がある。
【実施例】
【０１２２】
次に、この発明の実施例について説明する。
（空力音の測定結果）
図２１に示す比較例は、図５〜図１０に示すデルタ翼部９ａ〜９ｃを備えていない集電舟である。比較例は、断面形状が中心線に対して前後で非対称であり、下面の幅が60mmであり、スパン長さが600mmである。比較例は、実際の鉄道車両の集電装置の集電舟を模擬した形状であり、実際の集電舟よりも長さが短く形成されている。
【０１２３】
図２４（Ａ）（Ｂ）に示す実施例１は、図５及び図６に示す第１実施形態と同一構造のデルタ翼部９ａを備える集電舟である。実施例１は、図２４（Ａ）に示すように、厚さ0.6mmの平板の両縁部に一辺が20mmの正三角形を20mmピッチで隙間なく並べて形成し、この正三角形を引込めることで気流の流れ方向にオフセットさせて先端部を約8.7mm突出させている。実施例１は、実施例３の隣り合う三角形状の突出部の間に切り込みを入れた平板を、図２１に示す比較例の集電舟の下面に取り付けて製作した。
【０１２４】
図２５（Ａ）（Ｂ）に示す実施例２は、図７及び図８に示す第２実施形態と同一構造のデルタ翼部９ｂを備える集電舟である。実施例２は、図２５（Ａ）に示すように、厚さ0.6mmの平板の両縁部に一辺が10mmの正三角形を20mmピッチで形成し、図２１に示す比較例の集電舟の下面にこの平板を取り付けた後に、図２５（Ｂ）に示すようにこの平板の正三角形の突出部の上面に連続するように、三次元的なボルテックス・ジェネレータとして三角錐状の突出部を粘土によって造形して製作した。
【０１２５】
図２６（Ａ）（Ｂ）に示す実施例３は、図９及び図１０に示す第３実施形態と同一構造のデルタ翼部９ｃを備える集電舟である。実施例３は、図２６（Ｂ）に示すように、厚さ0.6mmの平板の両縁部に一辺が10mmの正三角形を20mmピッチで並べて形成し、図２１に示す比較例の集電舟の下面にこの平板を取り付けて製作した。実施例３は、実施例１とは異なり気流の流れ方向にオフセットさせずに先端部が約8.7mm突出させている。
【０１２６】
図２４（Ａ）（Ｂ）〜図２６（Ａ）（Ｂ）に示す実施例１〜３及び比較例に係る集電舟を、図２３に示すようにこれらの集電舟の長さ方向が上下方向と一致するように、図２４に示すようにこれらの集電舟を風洞試験装置の風洞測定部に垂直に設置した。次に、図２２に示す風洞試験装置の風洞測定部に気流を流し、実施例１〜３及び比較例に係る集電舟から２ｍ離して設置したマイクロホンによってこれらの集電舟から発生する空力音を測定した。風洞試験装置は、風洞測定部が開放型である公益財団法人鉄道総合技術研究所の小型低騒音風洞（開放型）を使用した。
【０１２７】
図２４（Ｃ）〜図２６（Ｃ）及び図２７（Ａ）に示す縦軸は、Ａ特性による騒音レベル(dB(A))であり、横軸は1/3オクターブバンド中心周波数(Hz)である。ここで、Ａ特性とは、人間の聴覚の周波数特性を反映させた形で音圧レベルを測定し評価するために用いられる聴感補正特性である。図２７（Ａ）に示すように、実施例１〜３は4kHz以上の周波数帯においてデルタ翼部９ａ〜９ｃから空力音が発生しているが、図２７（Ｂ）に示すように比較例に比べて100Hz付近のエオルス音を中心に騒音レベルが大幅に低減しており、図２７（Ｃ）に示すように比較例に比べてオーバーオール値も4.2〜4.8dB(A)程度低減していることが確認された。
【０１２８】
実施例１は、図２７（Ｂ）に示すように、実施例３及び比較例に比べてエオルス音の低減量が実施例２に次いで大きく、図２７（Ｃ）に示すように、オーバーオール値が実施例２，３及び比較例に比べて最も小さく、空力音の低減効果が確認された。このため、切り込みを形成した平板を集電舟の下面に取り付けるだけで簡単に実施できる対策であり、実現性が高く空力音の低減効果が最も大きいことが確認された。また、実施例１は、図２８（Ｂ）に示すように、図２８（Ａ）に示す比較例に比べてカルマン渦の領域が小さくなっており、カルマン渦の強度が弱まっていることが確認された。
【０１２９】
実施例２は、図２７（Ａ）に示すように、500〜2kHzの周波数帯において三次元形状から生じたと考えられる空力音の増加が認められた。しかし、実施例２は、図２７（Ｂ）に示すように、エオルス音の低減量が実施例１，３及び比較例に比べて最も大きく、図２７（Ｃ）に示すようにオーバーオール値が実施例１，３と同程度であり、空力音の低減効果が実施例１，３とほぼ同等であることが確認された。
【０１３０】
実施例３は、図２７（Ｂ）に示すように、エオルス音のピークバンドレベルが実施例１，２に比べて大きいが比較例に比べて小さく、図２７（Ｃ）に示すようにオーバーオール値が実施例１，２と遜色なく、空力音の低減効果が大きいことが確認された。このため、実施例１と同様に切り込みを形成した平板を集電舟の下面に取り付けるだけで簡単に実施できる対策であり、実現性が高いことが確認された。以上より、図２７に示すように、オーバーオール値で評価すると実施例１，３，２の順に空力音低減効果が大きいことが確認された。
【０１３１】
（揚力の比較結果）
図２９に示す縦軸は、揚力(N)であり、横軸は集電舟の迎角(deg)である。図２９に示すように、実施例１〜３は比較例に比べて揚力の値が小さくなっており、図５〜図１０に示すデルタ翼部９ａ〜９ｃによって生ずる縦渦による負圧によって集電舟７の下面７ｅが引き寄せられる影響や、デルタ翼部９ａ〜９ｃの上面でよどみ圧を受けて翼が下方に押し下げられる影響であると考えられる。一方、揚力の迎角依存性（揚力グラフの傾き）は、デルタ翼部９ａ〜９ｃを備えていない比較例とほとんど変わらず揚力の迎角依存性に変化がない。このため、実施例１〜３は、揚力の迎角依存性を維持したまま空力音の低減が可能であることが確認された。なお、揚力値の低減量自体は、例えば、図１及び図２に示す集電舟７の上面７ｄ側や枠組６の形状を改良することによって調整可能であり、問題にはならないと考えられる。
【０１３２】
（下流側のデルタ翼部による影響）
図３０（Ａ）に示す実施例３は、デルタ翼部を上流側及び下流側に対称に設置した板厚が0.6mmの集電舟である。実施例４は、図２６（Ａ）（Ｂ）に示す実施例３のデルタ翼部を上流側のみに設置した板厚が0.6mmの集電舟である。実施例５は、図２６（Ａ）（Ｂ）に示す実施例３のデルタ翼部を上流側及び下流側に非対称に設置した板厚が0.6mmの集電舟である。下流側のデルタ翼部の有無及び配置が空力音の低減効果に与える影響を風洞試験によって確認した。その結果、図３０（Ｄ）に示すように、実施例３〜６は比較例に比べて空力音の低減効果が大きいことが確認された。また、図３１に示すように、実施例３，５，４の順にエオルス音ピークレベル及びオーバーオール値が大きくなることが確認された。このため、図３０（Ａ）に示す実施例３のようにデルタ翼部を前後に対称に設置した場合に、空力音の低減効果が最も大きくなることが確認された。下流側にもデルタ翼部を設置したほうが空力音の低減効果が大きくなるという事柄は、双方向に走行する鉄道車両にとって有利であると考えられる。なお、デルタ翼部を前後に対称に設置した場合に空力音の低減効果が大きくなる理由は、縦渦が下流側の下面角部から効率よく後流へ抜け、カルマン渦と干渉するようになるためであると考えられる。
【０１３３】
（デルタ翼部の翼厚の影響）
図３２（Ａ）に示す実施例６は、図２４（Ａ）（Ｂ）に示す実施例１のデルタ翼部を上流側のみに設置した板厚0.6mmの集電舟である。図３２（Ｂ）に示す実施例７は、図２４（Ａ）（Ｂ）に示す実施例１のデルタ翼部を上流側のみに設置した板厚1.6mmの集電舟であり、実施例６とデルタ翼部の形状が同じであるが板厚が厚く形成されている。翼厚の変化が空力音の低減効果に与える影響を風洞試験によって確認した。その結果、図３２（Ｃ）に示すように、実施例６，７は比較例に比べて空力音が低減されていることが確認された。また、図３３（Ａ）に示すように、翼厚が厚い実施例７は翼厚が薄い実施例６に比べてエオルス音の低減量が大きいが、図３２（Ｃ）に示すように翼厚が厚い実施例７は翼厚が薄い実施例６に比べてデルタ翼部自体から生ずる空力音が大きいことが確認された。図３３（Ｂ）に示すように、オーバーオール値についてはエオルス音の低減と空力音の増加との相乗効果によって実施例６，７の両者とも値がほぼ同程度となっている。このため、デルタ翼部の厚みが増加するほどエオルス音が低減するが、デルタ翼部自身から発生する空力音が増加することが確認された。その結果、例えば、図５〜図１０に示すデルタ翼部９ａ〜９ｃの厚みを変化させることによって、エオルス音の低減分と、デルタ翼部９ａ〜９ｃから発生する空力音の増加分とを調整して、オーバーオール値が最も低減する最適な厚みを選定可能であることが確認された。
【０１３４】
（デルタ翼部の突出量の影響）
図３４（Ａ）に示す実施例８は、図３２（Ｂ）に示す実施例７と同一形状であり、一辺20mmのデルタ翼部の突出量を大きくし、デルタ翼部の三角形状の突出部を完全に突き出した板厚が1.6mmの集電舟である。図３４（Ｂ）に示す実施例９は、実施例８のデルタ翼部の突出量の1/2であり板厚が1.6mmの集電舟である。図３６に示す縦軸は、揚力平均値(N)であり、横軸は実施例８，９及び比較例である。デルタ翼部の突出量が空力音の低減効果に与える影響を風洞試験によって確認した。その結果、図３４（Ｃ）に示すように、実施例８，９は比較例に比べて空力音が低減されていることが確認された。また、図３５（Ａ）に示すように、突出量が大きい実施例８は突出量が小さい実施例９に比べてエオルス音の低減量が小さく、図３５（Ｂ）に示すようにデルタ翼部自体から生ずる空力音が大きいことが確認された。このため、図５〜図１０及び図１２に示すように、デルタ翼部９ａ〜９ｃを最適な突出量に選定することによって、空力音の低減効果が最も大きくなるデルタ翼部９ａ〜９ｃの形状に調整可能であることが確認された。さらに、図３６に示すように、実施例８，９は比較例に比べてデルタ翼部を付与することによって揚力が低下しており、デルタ翼部の突出量が大きくなるほど揚力が減少することが確認された。このため、例えば、集電舟の開発の最終段階においてデルタ翼部の突出量を調整して、集電舟に作用する揚力を調整可能であることが確認された。以上より、図５〜図１０に示すデルタ翼部９ａ〜９ｂによって揚力を調整及び制御する場合には、空力音の低減効果を図りながら揚力を調整及び制御可能であることが確認された。
【０１３５】
（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、空力騒音抑制構造８を集電装置３に適用し、カルマン渦低減構造２６を流れ場に適用した場合を例に挙げて説明したが、集電装置に限定するものではない。例えば、カルマン渦Ｆ11，Ｆ21に起因する空力音、作用力変動又は圧力変動などが問題となる鉄道車両、自動車、航空機、船舶又はプラントなどについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、集電舟７及び物体２５の断面形状が四角形である場合を例に挙げて説明したが、断面形状が円形、楕円形、多角形又は前後非対称な形状である場合についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、デルタ翼部９ａ〜９ｃ，２７ａ〜２７ｃ及び切欠部１０ａのそれぞれの寸法及び設置間隔が同一である場合を例に挙げて説明したが、寸法、設置個数及び設置間隔を限定するものではない。例えば、デルタ翼部９ａ〜９ｃ，２７ａ〜２７ｃ及び切欠部１０ａのそれぞれについて寸法が異なるものを不等間隔で並べて配置したり、種々の寸法、設置個数及び設置間隔に設定したりすることもできる。
【０１３６】
(2) この第１実施形態〜第３実施形態では、空力騒音抑制構造８が１枚の板状部材によって構成する場合を例に挙げて説明したが、前後に分割可能な複数枚の板状部材によって構成することもできる。また、この第１実施形態〜第５実施形態では、集電舟７の端面７ｆの一部が傾斜面である場合を例に挙げて説明したが、この端面７ｆの全部を垂直面である場合についても、この発明を適用することができる。また、この第１実施形態〜第９実施形態では、車両２がＡ方向に移動する場合を例に挙げて説明したが、車両２がＡ方向とは逆方向に移動する場合についてもこの発明を適用することができる。さらに、この第１実施形態〜第９実施形態では、集電装置３としてシングルアーム型パンタグラフを例に挙げて説明したが、翼型パンタグラフや菱型パンタグラフなどの他の形式のパンタグラフについてもこの発明を適用することができる。
【０１３７】
(3) この第３実施形態では、デルタ翼部９ｃが三次元形状の三角錐である場合を例に挙げて説明したが、円錐、丸み又は厚みが三次元的に変化する形状などである場合についても、この発明を適用することができる。また、この第４実施形態及び第５実施形態では、風洞試験装置１１の風洞測定部１２内において揚力調整装置１４によって集電舟７に作用する揚力±Ｌを調整する場合を例に挙げて説明したが、実際の車両２を使用して試験する現車試験で揚力調整装置１４によって集電舟７に作用する揚力±Ｌを調整することもできる。さらに、この第４実施形態〜第９実施形態では、デルタ翼部９ｃの突出量δ又は迎角θを可変して、集電舟７に作用する揚力±Ｌを調整又は制御する場合を例に挙げて説明したが、デルタ翼部９ａ，９ｂの突出量δ又は迎角θを可変して、集電舟７に作用する揚力±Ｌを調整又は制御することもできる。
【０１３８】
(3) この第６実施形態では、流体圧アクチュエータによって縦渦発生部９を駆動する場合を例に挙げて説明したが、リニアモータ又は送りねじ機構などによって縦渦発生部９を駆動することもできる。また、この第６実施形態〜第９実施形態では、縦渦発生部９を集電舟７の進行方向前側のみに配置した場合を例に挙げて説明したが、この縦渦発生部９をこの集電舟７の進行方向後側にも配置することができる。この場合には、車両２の進行方向を検出してこの車両２の進行方向前側の縦渦発生部９の突出量δ又は迎角θを可変することができる。さらに、この第７実施形態では、電動歯車機構によって縦渦発生部９を駆動する場合を例に挙げて説明したが、流体圧アクチュエータによってこの縦渦発生部９を駆動することもできる。
【０１３９】
(4) この第８実施形態では、すり板７ａと集電舟７との間の相対変位量と縦渦発生部９の移動量とが１対１である場合を例に挙げて説明したが、歯数の異なる複数枚のギヤを噛み合わせることによって、相対変位量と移動量との比を変更することもできる。また、この第１０実施形態では、物体２５の長さ方向を垂直方向に一致させて配置した場合を例に挙げて説明したが、この物体２５の長さ方向を水平方向又は斜め方向に配置した場合についても、この発明を適用することができる。さらに、この第１０実施形態では、物体２５の一方の側面２５ｃにカルマン渦低減構造２６を配置した場合を例に挙げて説明したが、この物体２５の他方の側面２５ｄにもカルマン渦低減構造２６を配置することもできる。
【符号の説明】
【０１４０】
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
７  集電舟
７ａ  すり板
７ｂ  すり板支持部
７ｅ  下面
７ｆ  端面
８  空力騒音抑制構造
９  縦渦発生部
９ａ〜９ｃ  デルタ翼部
１０  縦渦誘導部
１０ａ  切欠部
１１  風洞試験装置
１２  風洞測定部
１４  揚力調整装置
１５  突出量可変部
１６  迎角変更部
１７  揚力制御装置
１８  接触力測定部
１９  突出量可変部
２０  制御部
２１  迎角変更部
２２  制御部
２３  突出量可変部
２４  迎角変更部
２５  物体
２５ａ  前面
２５ｂ  後面
２５ｃ，２５ｄ  側面
２６  カルマン渦低減構造
２７  縦渦発生部
２７ａ〜２７ｃ  デルタ翼部
２８  縦渦誘導部
２８ａ  切欠部
Ｆ1  気流
Ｆ11，Ｆ21  カルマン渦
Ｆ12，Ｆ22  縦渦
Ｆ2  流体
δ，δ1，δ2  突出量
±Ｌ  揚力
θ，＋θ1，−θ2  迎角
Ｃ  接触力
【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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