JP6920180B2 - 風防カバー装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両に搭載され、空力騒音を低減するのに好適な風防カバー装置に関する。

従来、鉄道車両の屋根上に搭載される集電装置（パンタグラフ）の前後とその側面に、集電装置に衝突する空気の流れ（気流）を規制して、集電装置から生じる騒音を低減するための風防カバーが備えられている。（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許文献１に、集電装置の車両走行方向の前後に集電装置に向かって緩やかに立ち上がり最終部がほぼ水平な頂部となるスロープ部と、これらスロープ部の間に集電装置の設置領域を残すキャビティ部とを少なくとも有して、車両走行時の騒音を低減する集電装置の風防カバー装置が記載されている。特に、キャビティ部の車両走行方向で見た前後壁間で、集電装置の前後のスロープ部との間に必要な絶縁距離を少なくとも満足する、最小またはそれに近い長さであることが特徴である風防カバー装置が開示されている。

この特徴によって、風防カバーに占めるキャビティ部のボリュームが縮小し、車両走行方向の前部側のスロープから後部側のスロープへ向かう気流がキャビティ部を超えるときのキャビティ音の発生が低減する。同時に、キャビティ部の前後壁間の長さに対応して必要となる壁の長さが短縮して軽量化を図っている。

また、特許文献２に、特許文献１記載の車両走行時の騒音を低減する集電装置の風防カバー装置の低騒音化への改良案が開示されている。風防カバー装置の最大高さを、支持碍子の高さ寸法よりも高くすること、および、防風カバーのキャビティ部の開口部における前後各上縁部の曲率半径を大きくすることを記載している。風防カバー装置の最大高さを高く設定することにより、支持碍子に衝突する空気流の量が減少し、騒音レベルが低下するとしている。

また、風防カバーのキャビティ部における前後各上縁部の曲率半径を大きくすることで、キャビティ部の上縁部のうち車両走行方向に対し前側に設けた湾曲面は、スロープ部に沿って上ってきた空気流が前側上縁部で剥離するのを抑止する効果をもち、車両走行方向に対し、後側の湾曲面は、空気流が後側上縁部と衝突するときに、空気流を滑らかに掻き分けるため、騒音レベルが低下するとしている。

特許第３６３０４１９号公報 特開２００８−５４３７３号公報

鉄道車両の空気抵抗を低減することによる省エネルギー化、および、重心を低くして走行安定性を高めることによる安全性の向上の観点から、レールから高い位置にある屋根上に設置される集電装置の小型化は重要である。特許文献１に記載される集電装置の防風カバー装置は、騒音を抑制する機能を高めると同時に、更なる小型化が検討されている。

特許文献１において、風防カバーの体積（ボリューム）を低減することで、キャビティ部から発生するキャビティ音の低減を図ると同時に、キャビティ部を小さくすることで風防カバーの小型化を図っている。また、特許文献２では、風防カバー装置の高さを高くすることで防風カバー装置から生じる騒音を低減しようとしている。

本発明の目的は、集電装置が車両走行方向前後で対称とならない形状により、集電装置の舟体がキャビティ部の車両走行方向の前後の一方向に偏っていることを考慮して、鉄道車両が走行時に発生する集電装置からの騒音を防止しながら、更なる小型軽量化が実現できる、鉄道車両における集電装置の風防カバー装置を提供することである。

上記課題を解決するために、代表的な本発明による風防カバー装置の一つは、鉄道車両に備えられる集電装置に対して鉄道車両の長手方向の一方の側に備えられ、集電装置に向かって緩やかに立ち上がり最終部がほぼ水平な頂部を有する第１スロープ部と、集電装置に対して鉄道車両の長手方向の他方の側に備えられ、集電装置に向かって緩やかに立ち上がり最終部がほぼ水平な頂部を有する第２スロープ部と、第１スロープ部と第２スロープ部の間にあって、集電装置が備えられるキャビティ部と、集電装置の鉄道車両の幅方向の両端部に、鉄道車両の長手方向に沿って備えられる一対の遮音壁と、を有する風防カバー装置であって、遮音壁は集電装置に備えられる舟体の位置に遮音壁の長手方向の中央部が位置する態様で備えられ、第２スロープ部は第１スロープ部より舟体に近い位置に配置されており、第１スロープ部の第１高さ寸法は、第２スロープ部の第２高さ寸法より小さいことを特徴とする。

本発明によれば、鉄道車両が走行時に発生する集電装置からの騒音を防止するとともに、更なる小型軽量化を実現できる鉄道車両の集電装置の風防カバー装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の鉄道車両用の集電装置の風防カバー装置(実施例１)の斜視図である。 図２は、図１の風防カバー装置の側面図である。 図３は、図１の風防カバー装置の平面図である。 図４は、図１の風防カバー装置の車両幅方向の中央部における断面図である。 図５は、本発明の鉄道車両用の集電装置の風防カバー装置(実施例２)の車両幅方向の中央部における断面図である。 図６は、本発明の鉄道車両用の集電装置の風防カバー装置(実施例３)の車両幅方向の中央部における断面図である。 図７は、本発明の鉄道車両用の集電装置の風防カバー装置(実施例４)の車両幅方向の中央部における断面図である。 図８は、本発明の鉄道車両用の集電装置の風防カバー装置(実施例５)の平面図である。 図９は、実施例１から実施例５に示す各スロープ部の長さ寸法、高さ寸法、スロープ角度の一覧である。

以下、図面を用いて実施例を説明する。まず、以下の説明に供する鉄道車両に関係する各方向を、鉄道車両３（以下、車両３と記す）の長手方向（レール方向）１００と、車両３の幅方向（枕木方向）１１０と、長手方向１００および幅方向１１０に交差する車両３の高さ方向１２０と定義する。以下、単に長手方向１００、幅方向１１０、高さ方向１２０と記す。なお、長手方向１００は車両３の進行方向と同義である。

図１は本発明の実施の形態に係る鉄道車両用の集電装置の風防カバー装置を示す斜視図であり、図２は図１の風防カバー装置の側面図である。図３は図１の風防カバー装置の平面図であり、図４は風防カバー装置の車両幅方向の中央部における断面図である。

集電装置１は、車両３の屋根４の上に碍子５、６で支持された基台７と、この基台７の中央部から長手方向１００に斜め上向きに延びる集電アーム９と、集電アーム９に支持される舟体８を備える。一般に、シングルアームタイプの集電装置（図１参照）は、集電アーム９が基台７から長手方向１００の一方に延びるため、舟体８の位置は集電装置１の基台７の長手方向１００の中央部に位置しない。

基台７は上下に扁平で、車両３の長手方向１００に長い短冊形をなしており、気流と馴染みがよく剥離を起こしにくい流線型の外形を有する。碍子５と碍子６は、基台７の長手方向１００の両端部を支持しており、碍子６は架線から集電する電力を車両へ配電するケーブル（図示なし）を有するケーブルヘッドを兼用する。

風防カバー装置１０は、集電装置１の長手方向１００の一方の側に備えられるとともに集電装置１に向かって緩やかに立ち上がる終端部がほぼ水平な頂部１２ａｓを有すスロープ部１２ａ１と、その他方の側に備えられるとともに集電装置１に向かって緩やかに立ち上がる終端部がほぼ水平な頂部１２ｂｓを有すスロープ部１２ｂ１と、スロープ部１２ａ１とスロープ部１２ｂ１の間に集電装置１の設置領域を残すキャビティ部１３と、舟体８の側方に長手方向１００の中央部が位置する態様で一対の防音壁２２からなる。

キャビティ部１３は、スロープ部１２ａ１の集電装置１に面する壁１３ａと、スロープ部１２ｂ１の集電装置１に面する壁１３ｂと、壁１３ａおよび壁１３ｂの幅方向１１０の両端部を長手方向１００に沿って接続する一対の側壁１３ｃとによって構成される。防音壁２２の長手方向１００の中央部が舟体８（ホーン３２）の側方位置に対応する態様で屋根４の幅方向１１０の両端部に備えられる（図３参照）。

風防カバー装置１０から高さ方向１２０に位置する集電アーム９および舟体８（ホーン３２を含む）が気流２１ａ（図１、図２参照）にさらされて空力抵抗が小さい態様をなびき側と称し、集電アーム９等が気流２１ｂにさらされて空力抵抗が大きい場合を反なびき側と称する。以下に示す実施例１から実施例５によって、本発明の形態を説明する。なお、図９に、実施例１から実施例５で説明する各スロープ部の寸法の一覧を示す。

［実施例１］
実施例１の風防カバー装置が備えるスロープ部１２ａ１（１２ｂ１）の長手方向の寸法をＬａ１（Ｌｂ１）、その高さ方向の寸法をＨａ１（Ｈｂ１）、スロープ角度をθａ１（θｂ１）とする。スロープ部１２ｂ１の各部の寸法を基準寸法とし、これに対するスロープ部１２ａ１の各部の寸法を比で表すと、スロープ部１２ｂ１のＬｂ１を１００、Ｈｂ１を１００、（θｂ１＝１４°）とした場合には、スロープ部１２ａ１のＬａ１は９３、Ｈａ１は９３（θａ１＝１４°）となる。スロープ部１２ｂ１の各部寸法は、以下の実施例２から実施例５に示される各スロープ部の寸法に対する基準寸法である。

スロープ部１２ａ１の高さＨａ１とスロープ部１２ｂ１の高さＨｂ１が同じであれば、なびき側の気流２１ａと反なびき側の気流２１ｂのいずれの場合も、上流側のスロープ部で跳ね上げられる気流がキャビティ部１３を通過して下流側のスロープ部に衝突する際にキャビティ音を発生する。

特に、反なびき側の気流２１ｂがスロープ部１２ａ１の頂部１２ａｓおよび壁１３ａに衝突する場合は、防音壁２２は頂部１２ａｓの側方を覆っていないので遮音効果が期待できず、大きな騒音が観察される虞がある（図２参照）。

スロープ部１２ａ１の高さ寸法Ｈａ１をスロープ部１２ｂ１の高さ寸法Ｈｂ１より約７％小さく設定した実施例１の形態によれば、反なびき側の気流２１ｂは防音壁２２に遮音されないスロープ部１２ａ１（特に、頂部１２ａｓ）に流れが衝突しにくくなるため、キャビティ音を低減することができる。合せて、スロープ部１２ａ１の長さ寸法Ｌａ１もスロープ部１２ｂ１のＬｂ１より７％程度小さくすることによって、スロープ部１２ａ１を小型化できるので、風防カバー装置１０の軽量化を促進できる。

［実施例２］
図５は、本発明の車両における集電装置の風防カバー装置（実施例２）における車両幅方向の中央部での断面図を示す。
実施例２の風防カバー装置が備えるスロープ部１２ａ２（１２ｂ２）の長手方向の寸法をＬａ２（Ｌｂ２）、その高さ方向の寸法をＨａ２（Ｈｂ２）、スロープ角度をθａ２（θｂ２）とする。実施例１のスロープ部１２ｂ１の各部の寸法（基準寸法）に対する実施例２のスロープ部１２ａ２およびスロープ部１２ｂ２の各部の寸法を比で表すと、スロープ部１２ｂ２のＬｂ２は９３、Ｈｂ２は９３（θｂ２＝１４°）となり、スロープ部１２ａ２のＬａ２は６５、Ｈａ２は７９（θａ２＝１９°）となる。

スロープ部１２ａ２の高さ寸法Ｈａ２をスロープ部１２ｂ２の高さ寸法Ｈｂ２より小さくしただけでは、スロープ部１２ａ２で跳ね上げられるなびき側の気流２１ａの一部が碍子６の上端部に衝突して騒音が増加する懸念がある。このため、実施例２ではこの点を改良して、スロープ部１２ａ２の高さ寸法Ｈａ２をスロープ部１２ｂ２の高さ寸法Ｈｂ２の高さ寸法より約１５％小さくするとともに、スロープ部１２ａ２の長手寸法Ｌａ２もスロープ部１２ｂ２の長手寸法Ｌｂ２より約３０％小さくして、スロープ部１２ａ２の角度θａ２（１９°）をスロープ部１２ｂ２の角度θｂ２（１４°）よりも大きく設定している。

スロープ部１２ａ２の角度θａ２を大きくすることにより、スロープ部１２ａ２を通過するなびき側の気流２１ａがより上方（高さ方向１２０）に大きく跳ね上げられるため、碍子６の上端部に衝突する気流が少なくなり、風防カバー装置１０から生じる騒音を抑制することができる。さらに、スロープ部１２ａ２の長手方向１００の寸法Ｌａ２を小さくすることができるので、風防カバー装置１０の小型軽量化を実現することができる。

実施例２の効果を検証した風洞試験結果によれば、集電装置１を含む風防カバー装置１０に気流２１ａ（なびき側）を流した場合、スロープ部１２ａ２の形状の効果（θａ２を大きく設定したこと）により、スロープ部１２ａ２の高さ寸法Ｈａ２を集電装置１の基台７を支持する碍子５の高さより１００ｍｍ程度下げた場合でも、騒音が増加しないことが確認されている。

［実施例３］
図６は、本発明の車両における集電装置の風防カバー装置（実施例３）における車両幅方向の中央部での断面図を示す。
実施例３の風防カバー装置が備えるスロープ部１２ａ３（１２ｂ３）の長手方向の寸法をＬａ３（Ｌｂ３）、その高さ方向の寸法をＨａ３（Ｈｂ３）、スロープ角度をθａ３（θｂ３）とする。実施例１のスロープ部１２ｂ１の各部の寸法（基準寸法）に対する実施例３のスロープ部１２ａ３およびスロープ部１２ｂ３の各部の寸法を比で表すと、スロープ部１２ｂ３のＬｂ３は１２４、Ｈｂ３は１００（θｂ３＝１１°）となり、スロープ部１２ａ３のＬａ３は９３、Ｈａ３は９３（θａ３＝１４°）となる。

スロープ部１２ｂ３の長手方向１００の寸法Ｌｂ３を特に大きくして、スロープ部１２ｂの角度θｂ３を１１°に小さくしたものである。この構成によって、スロープ部１２ｂ３で緩やかに上方に導かれる反なびき側の気流２１ｂの増速が抑制されるとともに整流が促進される。このため、集電装置１の舟体８に衝突する気流２１ｂの流速が低下するとともに気流２１ｂが整流されて乱れが小さくなるので、舟体８やスロープ部１２ａ３へ衝突する気流２１ｂに起因する騒音の発生が抑制される。

上記において、実施例１のスロープ部１２ａ１と実施例３のスロープ部１２ｂ３を組み合わせて低騒音化を促進できる効果を説明したが、実施例２のスロープ部１２ａ２と実施例３のスロープ１２ｂ３を組み合わせると、低騒音化に加えて風防カバー装置１０全体の小型軽量化も促進できる効果を奏する。

［実施例４］
図７は、本発明の車両における集電装置の風防カバー装置（実施例４）における車両幅方向の中央部の断面図を示す。実施例４は、スロープ部１２ａ４の高さ寸法Ｈａ４をスロープ部１２ｂ４の高さ寸法Ｈｂ４より小さく設定した実施例１をさらに改良するものである。実施例４は、スロープ部１２ａ４のキャビティ部１３（壁１３ａ）に隣接するとともに幅方向１１０に沿って延びる上縁部の曲率半径をＲａ、スロープ部１２ｂ４のキャビティ部１３（壁１３ｂ）に隣接するとともに幅方向１１０に沿って延びる上縁部の曲率半径をＲｂとした場合において、実施例１の形態に加えて、スロープ部１２ｂ４の上縁部の曲率半径Ｒｂを、スロープ部１２ａ４の上縁部の曲率半径Ｒａより大きく設定している。

実施例４の風防カバー装置が備えるスロープ部１２ａ４（１２ｂ４）の長手方向の寸法をＬａ４（Ｌｂ４）、その高さ方向の寸法をＨａ４（Ｈｂ４）、スロープ角度をθａ４（θｂ４）とする。実施例１のスロープ部１２ｂ１の各部の寸法（基準寸法）に対する実施例４のスロープ部１２ａ４（１２ｂ４）の各部の寸法を比で表すと、スロープ部１２ｂ４のＬａ４は９７、Ｈｂ４は９７（θａ１＝１４°）となり、スロープ部１２ａ４の各スロープ部の寸法は実施例１のそれらと同じである。

スロープ部１２ａ４によって跳ね上げられるなびき側の気流２１ａが、スロープ部１２ｂ４の頂部１２ｂｓ４に衝突してキャビティ音が発生している。しかし、スロープ部１２ｂ４の上縁部の曲率半径Ｒｂを大きくすることによって、気流２１ａがスロープ部１２ｂの頂部１２ｂｓ４に衝突する時の流れの乱れを抑制できるので、キャビティ音を低減することができる。なお、実施例４の特徴である曲率半径Ｒｂを曲率半径Ｒａより大きく設定する構成は、実施例１から実施例３に記載した風防カバー装置に適用しても良い。

［実施例５］
図８は、本発明の車両における集電装置の風防カバー装置（実施例５）の平面図である。
実施例５は、スロープ部１２ａ５の高さ寸法Ｈａ５をスロープ部１２ｂ５の高さ寸法Ｈｂ５より小さく設定した実施例１をさらに改良するものである。実施例１（実施例２〜４も同様）では、スロープ部１２ａ１（１２ｂ１）の長手方向１００の一方の端部の幅方向１１０の寸法とその他方の端部の幅方向１１０の寸法とを同じに設定していた。

実施例５は、実施例１の形態に加えて、スロープ部１２ａ５のキャビティ部１３に接続する部位の幅方向１１０の寸法Ｗａ５ｕを、スロープ部１２ａ５の始端部の幅方向１１０の寸法Ｗａ５ｄより小さく設定するとともに、スロープ部１２ｂ５のキャビティ部１３に接続する部位の幅方向１１０の寸法Ｗｂ５ｕを、スロープ部１２ｂ５の始端部の幅方向１１０寸法のＷｂ５ｄより小さく設定したものである。

この構成によって、防音壁２２とキャビティ部１３をなす側壁１３ｃとの幅方向１１０寸法Ｄ２は、防音壁２２の長手方向１００の延長線とスロープ部１２ａ（１２ｂ）の始端部との幅方向１１０寸法Ｄ１より大きく設定される。つまり、防音壁２２とスロープ部１２ａ５（１２ｂ５）との間の幅方向１１０寸法を、スロープ部１２ａ５（１２ｂ５）の始端部からキャビティ部１３をなす側壁１３ｃに向かって、大きな曲率半径のＲ１２ａ（Ｒ１２ｂ）で接続される緩やかに大きく（広がる）なる形態を備えるスロープ部１２ａ５（１２ｂ５）を有することを特徴とする。

この構成によって、車両３の進行方向に依らず、なびき側の気流２１ａまたは反なびき側の気流２１ｂが、防音壁２２とスロープ部１２ａ５（１２ｂ５）の側面の間を流れる場合に、防音壁２２とスロープ部１２ａ５（１２ｂ５）との間の幅方向１１０の寸法Ｄが緩やかに広がることで、その流速が緩やかに低減されるので、集電装置１の舟体８の幅方向１１０の両端部に備えられるホーン３２に衝突する風速も低減され、ホーン３２から発生する騒音を抑制することができる。よって、鉄道車両が走行時に発生する集電装置からの騒音を防止しながら、小型軽量化が実現できる集電装置の風防カバー装置を実現できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。またある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、またある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

例えば、実施例１乃至５によって開示されている、スロープの高さ方向の寸法、スロープ部の長さ方向の寸法、スロープ部の上縁部の曲率半径、防音壁とスロープ部との間の幅方向１１０の寸法等を適宜組み合わせることが可能であるし、曲率半径を用いて示した形状は、必ずしも一定の曲率半径に限定するものでないことは当然である。

１…集電装置 ３…車両
４…屋根 ５、６…碍子
７…基台 ８…舟体
９…集電アーム １０…風防カバー装置
１２ａ１〜１２ａ５、１２ｂ１〜１２ｂ５…スロープ部
１２ａｓ、１２ｂｓ…頂部
Ｌａ１〜Ｌａ５、Ｌｂ１〜Ｌｂ５…スロープ部の長手方向の寸法
Ｈａ１〜Ｈａ５、Ｈｂ１〜Ｈｂ５…スロープ部の高さ方向の寸法
θａ１〜θａ５、θｂ１〜θｂ５…スロープ角度
１３…キャビティ部 １３ａ、１３ｂ…壁
１３ｃ…側壁
２１ａ、２１ｂ…気流 ２２…防音壁
３２…ホーン

Claims (5)

1. 鉄道車両に備えられる集電装置に対して前記鉄道車両の長手方向の一方の側に備えられ、前記集電装置に向かって緩やかに立ち上がるとともに最終部がほぼ水平な頂部を有する第１スロープ部と、
   前記集電装置に対して前記鉄道車両の長手方向の他方の側に備えられ、前記集電装置に向かって緩やかに立ち上がり最終部がほぼ水平な頂部を有する第２スロープ部と、
   前記第１スロープ部と前記第２スロープ部の間にあって、前記集電装置が備えられるキャビティ部と、
   前記集電装置の前記鉄道車両の幅方向の両端部に、前記鉄道車両の長手方向に沿って備えられる一対の遮音壁と、
   を有する風防カバー装置であって、
   前記遮音壁は、
   前記集電装置に備えられる舟体の位置に前記遮音壁の長手方向の中央部が位置する態様で備えられ、
   前記第２スロープ部は、前記第１スロープ部より前記舟体に近い位置に配置されており、
   前記第１スロープ部の第１高さ寸法は、前記第２スロープ部の第２高さ寸法より小さいこと
   を特徴とする風防カバー装置。
2. 請求項１に記載される風防カバー装置において、
   前記第１スロープ部の第１スロープ角度が、前記第２スロープ部の第２スロープ角度より大きいこと
   を特徴とする風防カバー装置。
3. 請求項１に記載の風防カバー装置において、
   前記第２スロープ部の第２長手寸法が前記第１スロープ部の第１長手寸法より大きく、
   前記第２スロープ部の第２スロープ角度が、前記第１スロープ部の第１スロープ角度より小さいこと
   を特徴とする風防カバー装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載される風防カバー装置において、
   前記第２スロープ部の前記キャビティ部に隣接するとともに幅方向に沿って延びる上縁部の第２曲率半径は、前記第１スロープ部の前記キャビティ部に隣接するとともに幅方向に沿って延びる上縁部の第１曲率半径よりも大きいこと
   を特徴とする風防カバー装置。
5. 請求項１に記載された風防カバー装置において、
   前記第１スロープ部の前記キャビティ部に接続する部位の幅方向寸法は、前記第１スロープ部の第１始端部の幅方向寸法より小さく、
   前記第２スロープ部の前記キャビティ部に接続する部位の幅方向寸法は、前記第２スロープ部の第２始端部の幅方向寸法より小さいこと
   を特徴とする風防カバー装置。

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