(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の屋根上に設置された集電装置の走行方向で見た前後に設けられて、集電装置の基部との対向空気を上向きに案内するスロープ部とこれに続く水平部とを有したソリッドカバーと、これらソリッドカバーの水平部の端部位置にて各ソリッドカバー間を、キャビティを左右両側に開放した構造とする前後のメッシュカバーとを備え、各ソリッドカバーの両側面にその途中からソリッドカバー上面部の下に窪みメッシュカバーの左右範囲に通じる通気路を設けたことを特徴とする集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項２】
車両の屋根上に設置された集電装置の走行方向で見た前後に設けられて、集電装置の基部との対向空気を上向きに案内するスロープ部とこれに続く水平部とを有したソリッドカバーと、これらソリッドカバーの水平部の端部位置にて各ソリッドカバー間を、キャビティを左右両側に開放した構造とする前後のメッシュカバーとを備え、各ソリッドカバーの両側面にその途中からソリッドカバー上面部の下に窪みメッシュカバーの左右範囲に通じる通気路を設け、水平部にメッシュカバーよりも集電装置側に延びる延長ガイドを設けたことを特徴とする集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項３】
車両の屋根上に設置された集電装置の走行方向で見た前後に設けられて、集電装置の基部との対向空気を上向きに案内するスロープ部とこれに続く水平部とを有したソリッドカバーと、これらソリッドカバーの水平部の端部位置にて各ソリッドカバー間を、キャビティを左右両側に開放した構造とする前後のメッシュカバーとを備え、各ソリッドカバーの両側面にその途中からソリッドカバー上面部の下に窪みメッシュカバーの左右範囲に通じる通気路を設け、水平部にメッシュカバーよりも集電装置側に延びる延長ガイドを設け、メッシュカバーの側縁から集電装置側に延びる側面ガイドを設けたことを特徴とする集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項４】
延長ガイドは、ソリッドガイドである請求項２に記載の集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項５】
延長ガイドおよび側面ガイドは、ソリッドガイドである請求項４に記載の集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項６】
延長ガイドまたはおよび側面ガイドは、集電装置との絶縁限界ほぼ一杯まで設け、側面ガイドはメッシュカバーおよび延長ガイドの側縁が２辺をなす矩形とした請求項４、５のいずれか１項に記載の集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項７】
集電装置の基部は、舟体の昇降支持基台を碍子部にて車両の屋根上に支持してキャビティ内に位置させてなり、昇降支持基台の上面は平面である請求項１〜６のいずれか１項に記載の集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項８】
昇降支持基台の上面の幅は、ソリッドカバー上面部の幅より狭く、上限をソリッドカバーの幅とほぼ同等とする請求項７に記載の集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項９】
昇降支持基台は上面の幅一杯の閉じた箱形状である請求項８に記載の集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項１０】
昇降支持基台はキャビティの上端よりも低く配置した請求項７〜９のいずれか１項に記載の集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項１１】
ソリッドカバー、メッシュカバー、延長ガイドおよび側面ガイドの組が、集電装置を設置したキャビティの走行方向で見た前後に位置し、集電舟に対するなびき側対向空気と反なびき側対向空気との流れの傾きの差を所定値以下にする特許請求の範囲１〜１０のいずれか１項に記載の集電装置のハイブリッドカバー装置。
【請求項１２】
流れの傾きは１．５°以下で、流れの傾きの差は１°以下である請求項１１に記載の集電装置のハイブリッドカバー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の集電装置のハイブリッドカバー装置に関し、詳しくは、ソリッド部とメッシュ部とを併用したハイブリッドカバー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなハイブリッドカバー装置は本出願人が既に提案している（例えば、特許文献１、２参照。）。これらは、パンタグラフを囲う左右両側をソリッド壁とし、前後をメッシュとしている。メッシュはパンタグラフに向かって緩やかに立ち上がる斜め立ち上がりメッシュとして設けている。特許文献２に記載のものは、特に、斜め立ち上がりメッシュと整流板および、整流板の前後に亘る天井メッシュを併設したものとしている。いずれもキャビティに対する対向空気の通過特性によっていわゆるキャビティ音を低減することはできるが、パンタグラフを囲う大型なものであるし、斜め立ち上がりメッシュ単独のものではさらなる高速化が進む中パンタグラフの空力抵抗、空力音の低減効果がまだ十分でない。斜め立ち上がりメッシュ、天井メッシュ、および整流板を併設したものでは、パンタグラフの空力抵抗、空力音を低減する効果は高いが、構造が複雑でコスト高になる上、パンタグラフカバー自体の空力抵抗、空力音が高く、全体としては空力抵抗および空力音の低減効果がまだ十分でない。
【０００３】
これに対し、本出願人はさらに、高速化に対応する集電装置のカバー装置として、前後をメッシュにしてキャビティ両側を開放し、外側に位置する防音側壁を併用したカバー装置を提供している（例えば、特許文献３参照。）。また、集電装置に向かって極く緩やかに立ち上がるスロープ部と、これらスロープ部間をキャビティ部として左右両側壁で閉じ、その舟体の格納用の切欠き部に対応する外側の側壁を併用したソリッドタイプのカバー装置も提案している（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開平６−２１７４０５号公報
【特許文献２】特開平７−３１２８０３号公報
【特許文献３】特開２００３−２１９５０６号公報
【特許文献４】特開２００５−１０２４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献３に記載のメッシュタイプのカバー装置では、対向空気に突入する際に対向空気をメッシュを分散通過させて後方へ逃がすことで勢力や渦流を低減し、集電装置の基部での空力音の発生を抑えて通過させる高い空力特性を発揮するものの、さらなる高速化に向けてメッシュの上に整流板を設けるなど、舟体の揚力特性の安定化につき種々に改良し試験を繰り返したが、現状以上の安定化は困難である。
【０００５】
また、特許文献４に記載のソリッドタイプのカバー装置では、図２４（ａ）のシミュレーション図で矢印で示す方向に車両が進行した際の対向空気ｂの車両に対する流蹟線が示すように、対向空気ｂに前部のスロープｃから突入して後方へ逃がしながら上向きに案内して水平部ｄで整流化し、キャビティｅ内に落ち込んだり、乱れたりすることなく剥離し、通過させてカバー装置ａの後部に再付着させることにより、キャビティｅ内に位置する集電装置の基部、つまり舟体の昇降支持基台およびそれを車両の屋根上に支持する碍子部に働く風速を抑えて空力音の発生を低減できる空力特性を発揮する。しかし、それには、キャビティｅの左右両側を図示のように閉じておくことが必須であり、軽量化などのために図２５（ａ）のシミュレーション図に示すように左右両側を開放すると、キャビティｅ部での対向空気ｂの流れが乱れて気流のバランスが崩れ、カバー装置ａ前部の水平部ｄからキャビティｅ内に落ち込む気流が生じ空力音発生の原因になるし、揚力特性も低下する。
【０００６】
これらの関係をシミュレーションした表面の圧力分布で見ると、図２４（ａ）に示す閉じタイプのキャビティｅの場合では図２４（ｃ）に示すようにキャビティｅ内およびその周辺の圧力分布は圧力尺度のほぼ中央値程度と大きな差がないのに対し、図２５（ａ）に示す開放タイプのキャビティｅの場合では図２５（ｃ）に示すようにキャビティｅ内の、対向空気ｂが入り込んで衝突する壁面部には圧力尺度の高圧側の圧力値を示す高圧部ｆが生じ、これの下流に圧力尺度の低圧側の圧力値を示す低圧部ｇが生じている。また、対向空気ｂのシミュレーションした流速ベクトルの分布で比較して見ると図２４（ｂ）と図  ２５（ｂ）との関係となり、対向空気ｂのシミュレーションした流れの傾きで見ると図２４（ｄ）と図２５（ｄ）との関係となり、それぞれ符合し合っている。
【０００７】
したがって、特許文献４に記載のものでは、キャビティｅの両側を開放することができず、集電装置の基部との間の絶縁距離を確保しなければならないので、大型で重いカバー装置とならざるを得ない。しかも、カバー装置ａの車両の進行方向で見た投影面積が大きくなる分だけ、対向空気ｂへ突入することにより排除する空気量が増大するので、トンネルへの突入や列車のすれ違い時の衝撃に対する工夫が必要であり、カバー装置ａ全体の形状を流線形にしても単純には対応できない。
【０００８】
本発明の目的は、キャビティの左右両側を開放した簡単かつ小型、軽量な構造で、ソリッド部とメッシュ部との巧みな併用にて空力特性、揚力特性共に向上する集電装置のハイブリッド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】
【０００９】
上記のような課題を達成するために、本発明の集電装置のハイブリッドカバー装置は、車両の屋根上に設置された集電装置の走行方向で見た前後に設けられて、集電装置の基部との対向空気を上向きに案内するスロープ部とこれに続く水平部とを有したソリッドカバーと、これらソリッドカバーの水平部の端部位置にて各ソリッドカバー間、キャビティを左右両側に開放した構造とする前後のメッシュカバーとを備え、各ソリッドカバーの両側面にその途中からソリッドカバー上面部の下に窪みメッシュカバーの左右範囲に通じる通気路を設けたことを１つの特徴としている。
【００１０】
このような構成では、対向空気に向け前部ソリッドカバーがそのスロープ部から突入して、上部対向空気を集電装置の基部以上に持ち上げながら後方へ逃がし、水平部にて整流しながらキャビティ部上へ剥離させて、キャビティ上を通過した後は後部のソリッドカバー上へ再付着させることにより、キャビティ内の集電装置の基部に働く空力抵抗および舟体の揚力特性への影響を軽減させるのに、キャビティの左右両側を開放して集電装置との絶縁を不要とした簡単かつ小型で車両走行方向で見た投影面積が小さい軽量なカバー装置としながらも、前部ソリッドカバー側面に沿って後方へ逃がす側部対向空気が両側面途中からキャビティ前部のメッシュカバーまでの窪みをなしている通気路で剥離することを利用して、側部対向空気の一部を通気路に引き込み上部対向空気とは個別な流れで前部メッシュカバーを通じキャビティに流入させることにより、キャビティ上を通過する上部対向空気や側部対向空気の流れがキャビティに上部や左右に開放した側部から引き込まれて乱れるようなことを抑えられるし、キャビティに流入する側部対向空気の一部は、前部メッシュカバーを分散通過することによる勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦が微細化されることで、集電装置の基部に及ぼすベクトル成分が小さい上に、キャビティ後部のメッシュカバーを衝突するようなことなくスムーズに抜けて後部ソリッドカバー側面の通気路へと流出して上部対向空気および側部対向空気の流れを乱すことがないので、前記空力抵抗の増加よび舟体の揚力特性が悪化するのを防止でき、騒音低減効果が満たされる。
【００１１】
本発明は、また、前記１つの特徴の集電装置のハイブリッドカバー装置において、さらに、水平部にメッシュカバーよりも集電装置側に延びる延長ガイドを設けたことを別の特徴としている。
【００１２】
このような構成では、前部ソリッドカバー側の延長ガイドは、前部ソリッドカバーのスロープ部、水平部により上向きに案内されてキャビティ上へ逃がされる上部対向空気のキャビティ側への剥離をスムーズにし、かつ、キャビティ側に引き込まれるのをより抑制する一方、後部ソリッドカバー側の延長ガイドはキャビティ上を通過してくる上部対向空気を後部ソリッドカバーの水平部に先んじて再付着させてキャビティ側に引き込まれるのを抑制しながら整流化をより促進し、かつ、前部メッシュカバーを通じてキャビティに流入した側部対向空気が、後部メッシュカバーを通じて流出する際に上方へ回り込んで上部対向空気の流れを乱すのを抑えられ、揚力特性をさらに安定させられる。
【００１３】
本発明は、また、前記別の特徴の集電装置のハイブリッドカバー装置において、さらに、メッシュカバーの側縁から集電装置側に延びる側面ガイドを設けたことを他の特徴としている。
【００１４】
このような構成では、前部ソリッドカバー側の側面ガイドが、側部対向空気が通気路、メッシュカバーを通じキャビティに流入した流れを、通気路に入らずメッシュカバー側部を通過する側部対向空気の流れから仕切って、この側部対向空気の流れがキャビティ側に左右へ開放した側部から引き込まれるのを抑制する整流作用をなす一方、後部ソリッドカバー側の側面ガイドが、キャビティ側方を通過してくる側部対向空気の流れを後部ソリッドカバー前端のメッシュカバーに到達するのに先んじて再付着させてキャビティ側に側方から引き込まれるのを抑制する整流作用をなすことにより、側部対向空気が上部対向空気の流れを乱すようなことを抑えられ、舟体の揚力特性をさらに安定させられる。
【００１５】
延長ガイド、側面ガイドは、ソリッドガイドである、さらなる構成では、
延長ガイドや側面ガイドの内外面に沿う対向空気の流れどうしが影響し合うのを防止し、整流効果、揚力特性の安定性を高められる。
【００１６】
それには、延長ガイドおよび側面ガイドは、集電装置との絶縁限界ほぼ一杯まで設け、側面ガイドはメッシュカバーおよび延長ガイドの側縁が２辺をなす矩形とするのが好適である。
【００１７】
集電装置の基部が、舟体の昇降支持基台を碍子部にて車両の屋根上に支持してキャビティ内に位置させてなり、昇降支持基台の上面は平面である、さらなる構成では、
集電装置の基部が、碍子部で車両の屋根上に支持してキャビティ内で浮く扁平形態の昇降支持基台を有して、キャビティに流入し通過する対向空気の流れによる空力抵抗を受け難く、その流れを乱しにくい上、上面が平面でキャビティ上を通過する上部対向空気の流れを整流化するので、空力特性、揚力特性ともにより高められる。
【００１８】
このための昇降支持基台の好適な幅は集電装置の種類によって異なるが、昇降支持基台の上面の幅はソリッドカバーの水平部の幅より狭いのを基本として、上限はソリッドカバーの水平部の幅とほぼ同等とするのが好適である。
【００１９】
昇降支持基台が上面の幅一杯の閉鎖した箱形状である、さらなる構成では、
キャビティ内、および上部、側部を流れる対向空気の流れを乱しにくいので、空力特性、揚力特性の改善に好適である。
【００２０】
昇降支持基台はキャビティの上端よりも低く配置した、さらなる構成では、
昇降支持基台がキャビティの上端よりも低いことにより、キャビティの上を通過する上部対向空気の後方への跳ね上がり傾向を抑えて揚力特性をさらに高められる。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明の１つの特徴の集電装置のハイブリッドカバー装置によれば、ソリッドカバー間のキャビティを左右に開放した簡単かつ小型で車両走行方向で見た投影面積が小さく軽量な構造にて、ソリッドカバー側面の通気路およびキャビティ前後のソリッドカバーを利用した側部対向空気のキャビティへの一部取り入れによってキャビティが側方に開放したことに起因する気流の乱れを抑えて、集電装置の基部に対する空力抵抗の増大および集電装置の舟体の揚力特性が低下するのを防止し、騒音を低減する効果が満たされるので、高速下での実用性を高められる。
【００２３】
本発明の別の特徴の集電装置のハイブリッドカバー装置によれば、前記１つの特徴の場合に加え、さらに、前後ソリッドカバーの延長ガイドが協働した整流作用により、上部対向空気の流れを安定させて、揚力特性をさらに高められる。
【００２４】
本発明の他の特徴の集電装置のハイブリッドカバー装置によれば、前記別の特徴の場合に加え、さらに、前後部ソリッドカバーの側面ガイドが協働した整流作用により、上部対向空気および側部対向空気双方の流れを安定させて、揚力特性をさらに高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施の形態に係る集電装置のハイブリッドカバー装置につき、以下図を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明は本発明の具体例であって特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。
【００２６】
本実施の形態の集電装置のハイブリッドカバー装置は、主として新幹線のような高速鉄道車両に適用されるもので、図１に示すように、車両１の屋根１ａ上に設置された集電装置２の走行方向で見た前後に設けられて、集電装置２の基部２ａとの対向空気を上向きに案内するスロープ部３ａとこれに続く水平部３ｂとを有したソリッドカバー３、３を備え、それらの間にキャビティ４を形成し、その左右両側を開放部４ａ、４ａとし、その外側に設けた防音側壁５、５とで周りへの騒音対策と、舟体２ｂに対する揚力特性の安定化とを図る。このように、キャビティ４の左右両側を開放部４ａ、４ａとすると集電装置２との、具体的には集電装置２のキャビティ４内に位置している基部２ａとの絶縁を不要とした簡単かつ小型で車両１の走行方向で見た投影面積が小さく軽量なカバー装置となる。投影面積が小さいと対向空気１１にカバー装置が突入したときに排除する空気量が少なくなるので、トンネルへの突入時や列車すれ違い時の衝撃を緩和しやすい利点がある。なお、メッシュカバー６はステンレスワイヤ製のものとして耐久性を高めているが、枠部材で支持して設けることによって取り扱いや組付けが容易になる。また、洗浄などのために着脱できるようにしてもよい。
【００２７】
一方、集電装置２の基部２ａは、舟体２ｂの昇降支持基台２ｃを碍子部２ｄにて車両１の屋根上に支持してキャビティ４内に位置させたものとしてあり、これによって、集電装置２の基部２ａは、碍子部２ｄで車両１の屋根上に支持してキャビティ４内に浮く昇降支持基台２ｃを有したものとなる。舟体２ｂは昇降支持基台２ｃに対して、どのように昇降して格納位置となり、また使用位置となるものでもよいが、近時多く採用されているくの字をした折り畳みアーム、起伏するだけの傾斜アーム、直立アームなどを採用するのが空力特性上有利である。
【００２８】
ところで、キャビティ４の左右を開放部４ａ、４ａとすると、図２５を参照して既述したようにキャビティ４部で対向空気の流れが乱れて気流のバランスが崩れ、前部ソリッドカバー３の水平部３ｂからキャビティ４内に落ち込む気流が生じ空力音発生の原因になり、防音側壁５によってもまわりへの騒音を防止し切れず問題であるし、揚力特性が低下して舟体２ｂが上下に揺れて架線への接触が不安定になる問題もある。
【００２９】
これに対応するのに本実施の形態では、まず、図１に示すように、前記ソリッドカバー３、３に加え、これらソリッドカバー３、３の水平部３ｂの端部位置にて各ソリッドカバー３、３間を左右への開放部４ａ、４ａを有したキャビティ４を形成した前後のメッシュカバー６、６とを備えたハイブリッド構造とし、各ソリッドカバー３、３の両側面にその途中からソリッドカバー３、３の上面部３ｄの下に窪み、メッシュカバー６、６の左右範囲に通じる通気路３ｅ、３ｅを設けている。これにより、対向空気１１に向け前部ソリッドカバー３がそのスロープ部３ａから突入して、上部対向空気１１ａを集電装置２の基部２ａ以上に持ち上げながら後方へ逃がし、水平部３ｂにて整流しながらキャビティ４部上へ剥離させて、キャビティ４上を通過した後は後部のソリッドカバー３上へ再付着させることにより、キャビティ４内の集電装置２の基部２ａに働く空力抵抗および舟体２ｂの揚力特性への影響を軽減させるが、このことと同時に、キャビティ４の左右両側を開放部４ａ、４ａとして集電装置２との、従ってその基部２ａとの絶縁を不要とした簡単かつ小型で車両走行方向で見た投影面積が小さい軽量なカバー装置を実現している。しかも、集電装置２の設置を省略した単純形態でシミュレーションした図２（ａ）（ｂ）の対向空気１１の流蹟線図、流速ベクトル図、図３の各高さ位置で平面視した流速ベクトル図で見られるように、前部ソリッドカバー３の側面に沿って後方へ逃がす側部対向空気１１ｂが両側面途中からキャビティ４前部のメッシュカバー６までソリッドカバー上面部３ｄ下への窪みをなしている通気路３ｅで剥離して負圧を生じることを利用して、側部対向空気１１ｂの一部を通気路３ｅに引き込み上部対向空気１１ａとは個別な流れで前部メッシュカバー６を通じキャビティ４に流入させることにより、これがそこでの負圧補償となってキャビティ４上を通過する上部対向空気１１ａや側部対向空気１１ｂの流れがキャビティ４にその上部や側部から引き込まれて乱れるようなことを抑えられている。同時に、キャビティ４に流入する側部対向空気１１ｂの一部は、前部メッシュカバー６を分散通過することによる勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化されることで、集電装置２の基部２ａに及ぼすベクトル成分が小さい上に、キャビティ４後部のメッシュカバー６、６に衝突するようなことなくスムーズに抜けて後部ソリッドカバー３側面の通気路３ｅへと流出して上部対向空気１１ａおよび側部対向空気１１ｂの流れを乱すことがないので、前記空力抵抗の増大および舟体の揚力特性が低下するのを防止することができ、騒音を低減できる効果が満たされる。特に、通気路３ｅはソリッドカバー３をキャビティ４に向かって尖った三角形の先細り形状とする形態に設けられているのと関連して、メッシュカバー６はキャビティ４の前後壁のほぼ全域に通気性を持たせる全幅に亘って設けた状態となっていて、側部対向空気１１ｂのキャビティ４への流入、キャビティ４からの流出のいずれもスムーズに達成されるようにしている。以上のような作用、効果は、一般的な昇降支持基台２ｃを設置してシミュレーションした図４（ａ）（ｂ）（ｄ）の対向空気１１の流蹟線図、流れの傾き線図、図５の平面視した各高さ位置での流れのベクトル線図によく現れ，一般的なものよりも幅を広くした、しかしソリッドカバー３の水平部３ｂの幅程度とした昇降支持基台２ｃを設置してシミュレーションした図１４（ａ）（ｂ）（ｄ）の対向空気１１の流蹟線図、流れの傾き線図、図１５の平面視した各高さ位置での流れのベクトル線図ではさらによく現れている。
【００３０】
このように、キャビティ４を左右に開放した簡単かつ小型で軽量な構造にて、側部対向空気１１ｂの流れの一部を途中キャビティ４前後のメッシュカバー６を通じた分散通過効果を得るだけで、集電装置２の基部２ａとの空力作用に問題なくキャビティ４内に流入、通過させ、そこに生じる負圧と、それによるキャビティ４上を通過する上部対向空気１１ａの流れへの影響と、を軽減し、空力特性、揚力特性共に向上させ、高速下での実用性が望める。このような状況に対応する図２（ｂ）に示す流速ベクトルのシミュレーション図で見ると、キャビティ４内への落ちこみ気流の流速ベクトルが図２５（ｂ）の場合に比し各段に低下し、その結果、キャビティ４の前、後部壁上に図２５（ｂ）の場合にできている強い流速ベクトルが大きく低下している。また、図２（ｃ）に示す表面圧力分布のシミュレーション図で見ると、図２５で見られたキャビティ４の後部での高圧分布がなく、極く一部の中圧の高め程度と低下し、その直ぐ後ろで見られた図２５での低圧分布が低圧の高めに低下していて、双方間の圧力差が大きく低下している。さらに、図２（ｄ）に示す流れの傾きについて見ると、図２５（ｄ）の場合に比してキャビティ部で流速ベクトル成分の傾きが大きく改善され、キャビティ後部でも車両の枕木方向で見た中央から１ｍより外側では低減しているし、特に、センター前後に振れるなびき側、反なびき側の舟体のいずれに対しても傾きがほぼ同等に低減していて、なびき側、反なびき側のいずれにおいても揚力特性は図２５の場合に比して大きく改善されている。なお、いずれのシミュレーションもキャビティの長さ３０００ｍｍ、車両の走行速度２７０ｋｍ／ｈを条件としたものである。
【００３１】
また、キャビティ４内に昇降支持基台２ｃを有した図１の例および、図４、図５に示す各種シミュレーション結果で示すようにキャビティ４内での高圧部分が中圧程度にさらに低減し、上部対向空気１１ａ、側部対向空気１１ｂの流れの整流化が高く、流れの傾きもさらに整っている。これは、集電装置２の基部２ａが位置していることにより、集電装置２の基部２ａが、碍子部２ｄで車両１の屋根１ａ上に支持してキャビティ４内に浮いた扁平形態をなしていることによって、キャビティ４上を通過し、キャビティ４内を通過する対向空気１１の流れを乱しにくくなることによるものである。また、図６、図７に示す各種シミュレーション結果から、昇降支持基台２ｃはその対向空気１１に対する整流作用上、ソリッドカバー３のほぼ幅一杯に設けるとよく、特に枕木方向で見た車両中央から０．４ｍ以上の外側でのキャビティ４後部での流れの傾きが大きく低減しており、昇降支持基台２ｃの上面の整流作用が、前後のソリッドカバー３，３に案内される上部対向空気１１ａの流れの全幅域に及び、空力特性、揚力特性の改善に好適であることが分かる。昇降支持基台２ｃの上面は図１、図８、図１０、図１２などに示す例のように平面であると、キャビティ４上を通過する対向空気１１の流れをより整流化するので、空力特性、揚力特性ともにより高められる。
【００３２】
本実施の形態は、また、図１に示すように、水平部３ｂにメッシュカバー６よりも集電装置２側に延びる延長ガイド２１を設けている。これにより、図８、図９に示す各種シミュレーション図で見られるように、前部ソリッドカバー３側の延長ガイド２１は、前部ソリッドカバー３のスロープ部３ａ、水平部３ｂにより案内されてキャビティ４上へ流れる対向空気１１の剥離をスムーズにし、かつ、キャビティ４側に引き込まれるのを抑制する一方、後部ソリッドカバー３側の延長ガイド２１はキャビティ４上を通過してくる上部対向空気１１ａを後部ソリッドカバー３の水平部３ｂに先んじて再付着させてキャビティ４側に引き込まれるのを抑制しながら整流化を促進し、かつ、前部ソリッドカバー３後端のメッシュカバー６を通じてキャビティ４に流入した側部対向空気１１ｂが、後部ソリッドカバー３前端のメッシュカバー６を通じて流出する際に上方へ回り込んで前部ソリッドカバー３上から後部ソリッドカバー３上へ流れる上部対向空気１１ａの流れを乱すのを抑えられ、図８（ｄ）に見られるように後部ソリッドカバー３のスロープ部３ａでは枕木方向で見た車両中央部から０．８ｍ以上外側での流れを除いて、流れの傾きが揃って低減しており、舟体２ｂがなびき側、反なびき側となる位置で若干の高低差があるものの、揚力特性が十分に高められている。
【００３３】
ここで、延長ガイド２１は、図１０、図１１の各種シミュレーション図に示すように、集電装置２との絶縁限界ほぼ一杯まで設けると、延長ガイド２１による整流効果を最大限高められ、空力特性、揚力特性共にさらに改善できる。特に、図１０（ｄ）に見られるように舟体２ｂのなびき側、反なびき側での流れの傾きの高低差がさらに低減している。
【００３４】
また、図１２、図１３の各種シミュレーション図に示すように、集電装置２の基部２ａの設置高さはキャビティ４よりも少し低くすると、キャビティ４の上を通過する上部対向空気１１ａの後方への跳ね上げ傾向を図１２（ｂ）に示すように図１０（ｂ）に示す場合に比し後部ソリッドカバー３側で抑えられ、図１２（ｄ）に示すように舟体２ｂのなびき側、反なびき側の双方で流れの傾きをさらに低減し揚力特性をさらに高められる。
【００３５】
さらに、本実施の形態では、図１に示すようにメッシュカバー６の側縁から集電装置２側に延びる側面ガイド２２を設けている。これにより、図１４、図１５に示す各種のシミュレーション図のように、前部ソリッドカバー３側の側面ガイド２２は、前部ソリッドカバー３の側部を流れる側部対向空気１１ｂの通気路３ｅ、メッシュカバー６を通じキャビティ４に流入した側部対向空気１１ｂの流れを、通気路３ｅに入らずメッシュカバー６側部を通過する側部対向空気１１ｂの流れから仕切って、このながれがキャビティ４側に引き込まれるのを抑制する整流作用をなす一方、後部ソリッドカバー３側の側面ガイド２２はキャビティ４側方を通過してくる側部対向空気１１ｂを後部ソリッドカバー３前端のメッシュカバー６に到達するのに先んじて再付着させてキャビティ４側に引き込まれて、キャビティ４内での側部対向空気１１ｂの流れを乱して、前部ソリッドカバー３上方から後部ソリッドカバー３上方へ流れる上部対向空気１１ａに影響するのを抑えられ、揚力特性を高められる。図１４（ｄ）からキャビティ４部での流れの傾きがさらに低減して、しかも、舟体のなびき側、反なびき側での高低差も小さく抑えられている。図１６、図１７の各種シミュレーション結果は、矩形の昇降支持基台２ｃの幅を上面左右に設けたヒレによって拡張した場合、図１８、図１９に示す各種シミュレーション結果は、矩形の昇降支持基台２ｃの幅を拡張したヒレの側縁を下向きに折り曲げてＬ型にした場合、図２０、図２１に示す各種シミュレーション結果は、矩形の昇降支持基台２ｃに拡張ヒレを設けない場合、であって、いずれも、整流効果がやや低減している。
【００３６】
また、図２２、図２３に示す各種シミュレーション結果は、図１０の例でのキャビティ４を５００ｍｍ大きくし、キャビティ４を大きくした分だけ後部ソリッドカバー３の延長ガイド２１をさらに長くしたものであるが、それ以上の整流効果の高まり無しに大型化するので余りメリットはない。
【００３７】
最後に、前後部ソリッドカバー３、３の延長ガイド２１および側面ガイド２２が協働した整流作用により、キャビティ４に流入し流出する側部対向空気１１ｂの流れ、および前部ソリッドカバー３上から後部ソリッドカバー３上へ流れる上部対向空気１１ａの流れを安定させて、揚力特性をさらに高められる。特に、延長ガイド２１、側面ガイド２２は、ソリッドガイドであり、延長ガイド２１や側面ガイド２２の内外面に沿って流れる対向空気どうしが影響し合うのを防止し、整流効果を高められる。
【００３８】
また、一般的なパンタグラフ（なびき／反なびきでの特性の差が小さなもの。例えばアーム途中にヒンジ部のあるくの字アームのものでは、なびき側で働く上部アームへのダウンフォースと下アームへのアッパーフォースとが打ち消し合い、反なびき側で働く上部アームへのアッパーフォースと下部アームへのダウンフォースとが打ち消し合うので、なびき／反なびきでの揚力差は比較的小さい。）の場合、なびき／反なびきとも、舟体２ｂの位置での上部対向空気１１ａの流れの傾きが±１°前後以下であり、かつ、なびき／反なびきで流れの傾きの差が小さいものほど、車両のどの方向への走行に対しても良好な揚力特性を発揮させられる点で良いという評価ができることから、各図に示した今回のシミュレーション結果からすると、図１４に示す実施例、つまり、延長ガイド２１、側面ガイド２２のいずれも集電装置２に対する絶縁距離一杯まで拡張し、かつ、昇降支持基台２ｃがソリッドカバー３の水平部３ｂの幅とほぼ同等な水平上面を持ち水平部３ｂよりも低く設置した構成のものが好適である。図１４の実施例では、なびき／反なびきにおける舟体２ｂの位置での、上部対向空気１１ａの流れの傾きは、共に上向きのほぼ１°前後と小さく、かつ差はさらに小さい。具体的にはなびき側で１．５°、反なびきい側で１°であり、なびき／反なびきでの傾きの差が小さいため、集電装置２の舟体２ｂによる架線押し上げ力をばね力調整によって実用範囲に容易に収められる。
【００３９】
これに対し、アーム途中にヒンジ部がなく傾斜姿勢で用いられるシングルアームのパンタグラフの場合では、なびき時にはアームにダウンフォースが働いて架線への接触を弱める作用をし、反なびき時にはアームにアッパーフォースが働いて架線への接触を強めるように作用をするので、架線への接触の安定性の上からは、図２０に示す実施例、つまり、延長ガイド２１、側面ガイド２２のいずれも集電装置２に対する絶縁距離一杯まで拡張し、かつ、昇降支持基台２ｃがソリッドカバー３の水平部３ｂの幅より小さく水平上面を持ち水平部３ｂとほぼ同等の高さに設置した構成のものが、反なびき時よりも、なびき時の方が上向きの流れの傾きが大きく、アームに働くダウンフォースを打ち消す効果が得られるので好適といえる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は高速鉄道車両の集電装置の対向空気に対する空力特性、揚力特性の改善に実用して有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】鉄道車両のパンタグラフ部分を示し、本発明に係る集電装置のハイブリッドカバー装置の１つの例を示す斜視図である。
【図２】図１のハイブリッドカバー装置における開放型キャビティを持ったソリッドカバーとメッシュカバーとによる基本形ハイブリッドカバー構造での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図３】図２の基本形ハイブリッドカバー構造での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図４】図２の基本形ハイブリッドカバー構造に、図１のハイブリッドカバー装置における集電装置の基部として舟体の昇降支持基台を、従来タイプの流線形でハイブリッドカバー装置の幅よりも数分の１程度の幅として碍子部で支持して設けた比較例１についての各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図５】図４の比較例１での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図６】図４の比較例１での昇降支持基台の上面をヒレにより、ハイブリッドカバー装置の幅一杯まで拡張した比較例２での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図７】図６の比較例２での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図８】図１のハイブリッドカバー装置における開放型キャビティを持ったソリッドカバーとメッシュカバーとによる基本形ハイブリッドカバー構造にソリッドカバーの水平部を集電装置側に延長する延長ガイドを設けて、図１の場合の６面が閉じた扁平で四角形な箱型の昇降支持基台を碍子で支持して設置し比較例３とした場合での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図９】図８の比較例３での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図１０】図１のハイブリッドカバー装置における開放型キャビティを持ったソリッドカバーとメッシュカバーとによる基本形ハイブリッドカバー構造に、図１のハイブリッドカバー装置における集電装置の設置状態とし、かつ、ソリッドカバー水平部の延長ガイドを集電装置に対する絶縁限界一杯まで拡大して設けた実施の形態での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図１１】図１０の実施の形態での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図１２】図１０の実施の形態での集電装置の昇降支持基台の設置高さを低くした実施の形態での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図１３】図１２の実施の形態での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図１４】図１のハイブリッドカバー装置での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図１５】図１、図１４のハイブリッドカバー構造での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図１６】図１、図１４の実施の形態のハイブリッドカバー装置における昇降支持基台を、通常幅のものの上面をヒレにより左右へ拡張した場合の比較例４での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図１７】図１６の比較例４での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図１８】図１６の比較例４での昇降支持基台のヒレの側縁を下向きに折り曲げてＬ型とした比較例５での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図１９】図１８の比較例５での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図２０】図１６の比較例４でのヒレ、図１８の比較例５でのヒレを無くした比較例６での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図２１】図２０の比較例６での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図２２】図１０の実施の形態でのハイブリッドカバー装置に対し、キャビティを大きくし、キャビティを大きくした分だけ後部ソリッドカバーの延長ガイドをさらに長くした比較例７での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図２３】図２２の比較例７での平面より見た各種高さ位置での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図である。
【図２４】従来の閉じ型キャビティを持ったソリッドカバー装置での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【図２５】図２４のソリッドカバー装置を開放型キャビティにした比較例での各種シミュレーション結果を示し、（ａ）は対向空気の流蹟線図、（ｂ）は左右方向中央垂直面上での上部、側部対向空気の流速ベクトル分布図、（ｃ）は表面の圧力分布図、（ｄ）は流れの傾き線図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  車両
１ａ  屋根
２  集電装置
２ａ  基部
２ｂ  舟体
２ｃ  昇降支持基台
２ｄ  碍子部
３  ソリッドカバー
３ａ  スロープ部
３ｂ  水平部
３ｄ  上面部
３ｅ  通気路
４  キャビティ
４ａ  開放部
６  メッシュカバー
１１  対向空気
１１ａ  上部対向空気
１１ｂ  側部対向空気
２１  延長ガイド
２２  側面ガイド
【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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