TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2020025424
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200213
出願番号2018149666
出願日20180808
発明の名称舟体の揚力安定化構造及びすり板
出願人公益財団法人鉄道総合技術研究所
代理人個人
主分類B60L 5/20 20060101AFI20200121BHJP(車両一般)
要約【課題】簡単な構造によって舟体に作用する揚力を安定化させることができる舟体の揚力安定化構造及びすり板を提供する。
【解決手段】揚力安定化構造9は、すり板8A〜8Cを支持する舟体7に作用する揚力を安定化させる。すり板8A〜8Cは、舟体7が斜め上方向の流れFを受けたときに、この舟体7に作用する揚力を増加させる揚力増加部10Aと、この舟体7に作用する揚力を低減させる揚力低減部10Bとを備えている。揚力増加部10Aは、水平線とのなす傾斜角が小さい傾斜面10aを備えており、揚力低減部10Bは水平線とのなす傾斜角が大きい傾斜面10bを備えている。揚力増加部10A及び揚力低減部10Bは、舟体7の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されている。揚力増加部10Aは、舟体7の長さ方向の中央部に作用する揚力を増加させ、揚力低減部10Bは舟体7の長さ方向の両端部に作用する揚力を減少させる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
すり板を支持する舟体に作用する揚力を安定化させる舟体の揚力安定化構造であって、
前記すり板は、前記舟体が斜め上方向の流れを受けたときに、この舟体に作用する揚力を増加させる揚力増加部と、この舟体に作用する揚力を低減させる揚力低減部とを備えること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
続きを表示(約 830 文字)【請求項2】
請求項1に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部は、水平線とのなす傾斜角が小さい傾斜面を備え、
前記揚力低減部は、水平線とのなす傾斜角が大きい傾斜面を備えること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項3】
請求項2に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部は、前記傾斜面の傾斜角がこの傾斜面を流れが沿う角度であり、
前記揚力低減部は、前記傾斜面の傾斜角がこの傾斜面で流れがはく離する角度であること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項4】
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部及び前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されていること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項5】
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部は、前記舟体の長さ方向の中央部に作用する揚力を増加させ、
前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力を減少させること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項6】
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部は、前記舟体の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力を増加させ、
前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向の中央部に作用する揚力を減少させること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項7】
トロリ線と摺動するすり板であって、
請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の舟体の揚力安定化構造を備えること、
を特徴とするすり板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この発明は、すり板を支持する舟体に作用する揚力を安定化させる舟体の揚力安定化構造、及びトロリ線と摺動するすり板に関する。
続きを表示(約 15,000 文字)【背景技術】
【0002】
新幹線(登録商標)の高速化にとって、車両各部から放射される空力音の提言は重要な課題である。パンタグラフは主要な空力音源であり、パンタグラフの各部材の中でも、舟体は最も寄与が大きい空力音源である。舟体の空力音低減には断面形状の平滑化が有効だが、揚力特性の安定化が損なわれる。ここで言う揚力特性の安定化とは、対向風の風向変化による揚力変化量が小さいことと、すり板摩耗による断面形状変化に対して、揚力変化量が小さいことの2点が必要である。なお、揚力に関しては、その値自体を集電系にとって適切な値(概ね静押上力54Nと同程度)に設定することも重要であるが、これについては、揚力を安定化させる技術と揚力の値自体を調整する技術などの様々な対策がある。
【0003】
従来の集電装置の揚力安定化構造(以下、従来技術1という)は、CFD解析及び最適化手法を組み合わせた手法により、空力音低減と揚力特性安定化を両立する平滑舟体形状を提案している(例えば、特許文献1参照)。この従来技術1は、集電舟の長さ方向と直交する平面で切断したときの下側以外の部分の断面形状が所定の目的関数が最小になるような舟体形状に形成されている。
【0004】
従来のパンタグラフの舟体(以下、従来技術2という)は、舟体底面から突出する突起部を備えており、車両の走行方向の前寄り又は後寄りの少なくとも一方に舟体の長手方向に長くこの突起部を形成している(例えば、特許文献2参照)。この従来技術2は、車両の走行方向の後寄りに形成された突起部を、舟体の長手方向の長さを設定することによって、この走行方向における揚力を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2006-141169号公報
【0006】
特開2018-046614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、すり板を含めた舟体の断面形状が曲面で構成されており、製造コストが高くなってしまう問題点がある。特に、すり板を曲面で加工するのは製造コストが極めて高い。また、従来技術1は、舟体とすり板を一体で断面形状の設計を行う場合、開発難度が高くなってしまう問題点がある。従来技術2は、揚力の値自体を調整することを目的としており、風向変化、すり板摩耗に対する揚力変化量の低減などの揚力の安定化を図ることができない問題点がある。同様に、舟体の断面形状をこの舟体の長手方向に非一様とする技術、あるいは、部分的に断面形状を変更する技術もあるが、これらの技術は主として揚力の値自体を調整することを目的としており、風向変化、すり板摩耗に対する揚力変化量を低減などの揚力を安定化せる効果は必ずしも得られない。特に、すり板摩耗による揚力変化量を舟体形状によって抑制することは困難である。
【0008】
この発明の課題は、簡単な構造によって舟体に作用する揚力を安定化させることができる舟体の揚力安定化構造及びすり板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3〜図13に示すように、すり板(8A〜8C)を支持する舟体(7)に作用する揚力(+L)を安定化させる舟体の揚力安定化構造であって、前記すり板は、前記舟体が斜め上方向の流れ(F)を受けたときに、この舟体に作用する揚力を増加させる揚力増加部(10A)と、この舟体に作用する揚力を低減させる揚力低減部(10B)とを備えることを特徴とする舟体の揚力安定化構造(9)である。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1に記載の舟体の揚力安定化構造において、図6、図9及び図11〜図13に示すように、前記揚力増加部は、水平線とのなす傾斜角(θ
A
)が小さい傾斜面(10a)を備え、前記揚力低減部は、水平線とのなす傾斜角(θ
B
)が大きい傾斜面(10b)を備えることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【0011】
請求項3の発明は、請求項2に記載の舟体の揚力安定化構造において、前記揚力増加部は、前記傾斜面の傾斜角がこの傾斜面を流れが沿う角度であり、前記揚力低減部は、前記傾斜面の傾斜角がこの傾斜面で流れがはく離する角度であることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【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項に記載の舟体の揚力安定化構造において、図3、図7、図8及び図10に示すように、前記揚力増加部及び前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されていることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【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項に記載の舟体の揚力安定化構造において、図3及び図8に示すように、前記揚力増加部は、前記舟体の長さ方向の中央部に作用する揚力を増加させ、前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力を減少させることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【0014】
請求項6の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の舟体の揚力安定化構造において、図7、図8及び図10に示すように、前記揚力増加部は、前記舟体の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力を増加させ、前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向の中央部に作用する揚力を減少させることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【0015】
請求項7の発明は、図2〜図4、図7、図8及び図10に示すように、トロリ線(1a)と摺動するすり板であって、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の舟体の揚力安定化構造(9)を備えることを特徴とするすり板(8A〜8C)である。
【発明の効果】
【0016】
この発明によると、簡単な構造によって舟体に作用する揚力を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
この発明の第1実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える集電装置を概略的に示す斜視図である。
この発明の第1実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える集電装置を模式的に示す側面図である。
この発明の第1実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す平面図である。
この発明の第1実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す正面図である。
この発明の第1実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体の断面図であり、(A)は図4のV-VA線で切断した状態を示す断面図であり、(B)は図4のV-VB線で切断した状態を示す断面図であり、(C)は揚力増加部及び揚力低減部の作用を比較した表である。
この発明の第1実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備えるすり板の外観図であり、(A)は平面図であり、(B)は(A)のVI-VIB線で切断した状態を示す断面図であり、(C)は(A)のVI-VIC線で切断した状態を示す断面図であり、(D)は(A)のVI-VID線で切断した状態を示す断面図である。
この発明の第2実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す平面図である。
この発明の第3実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す平面図である。
この発明の第3実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備えるすり板の外観図であり、(A)は平面図であり、(B)は(A)のIX-IXB線で切断した状態を示す断面図であり、(C)は(A)のIX-IXC線で切断した状態を示す断面図であり、(D)は(A)のIX-IXD線で切断した状態を示す断面図である。
この発明の第4実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す平面図である。
この発明の第5実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体の断面形状が多角形の場合の断面図であり、(A)はすり板の傾斜面の傾斜角が小さいきときの断面図であり、(B)はすり板の傾斜面の傾斜角が大きいときの断面図である。
この発明の第5実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体の断面形状が前後非対称の場合の断面図であり、(A)はすり板の傾斜面の傾斜角が小さいときの断面図であり、(B)はすり板の傾斜面の傾斜角が大きいときの断面図である。
この発明の第5実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体の断面形状が鈍頭の場合の断面図であり、(A)はすり板の傾斜面の傾斜角が小さきいときの断面図であり、(B)はすり板の傾斜面の傾斜角が大きいときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
(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4に示す架線1は、線路上空に架設される架空電車線である。架線1は、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る。トロリ線1aは、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2に示す車両2は、電車又は電気機関車などの電気車である。車両2は、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。
【0019】
図1〜図4に示す集電装置3は、トロリ線1aから車両2に電力を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5と、図1及び図2に示す枠組6と、図1〜図5に示す舟体(集電舟)7と、図1〜図6に示すすり板8A〜8Cなどを備えている。図2に示す台枠4は、枠組6を支持する部材である、台枠4は、碍子5を介して車体2aの屋根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、舟体7を支持する部材である。枠組6は、舟体7を支持した状態で上下方向に動作可能なリンク機構を備えており、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などを備えている。舟支え部6aは、舟体7を支持する部分である。舟支え部6aは、舟体7を架線1に対して水平に押上げる。上枠6bは、舟支え部6aに回転自在に連結される部材である。下枠6cは、台枠4に回転自在に連結される部材である。下枠6cは、枠組6を昇降動作させる図示しない主軸及び主ばねに連結されている。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。図1及び図2に示す集電装置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及び図2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いる。
【0020】
図1〜図5に示す舟体7は、すり板8A〜8Cを支持する部材である。舟体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。舟体7は、図2及び図5に示すように、この舟体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。舟体7は、流れ(気流)Fのはく離を可能な限り防止するために断面形状が流線型又は流線型に近似した曲面で構成されており、滑らかな曲線によって構成されている。舟体7は、例えば、数値流体力学(Computational Fluid Dynamics(CFD))解析及び最適化手法を組み合わせた手法によって、空力音低減及び揚力特性安定化を両立可能なように舟体断面形状が平滑化されている。舟体7は、例えば、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)パンタグラフ舟体である。舟体7は、図1〜図4に示すホーン7aと、図2、図4及び図5に示す上部7bと、図4及び図5に示す下部7cと、図2〜図5に示す前縁部7dなどを備えている。図1〜図4に示すホーン7a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7aは、舟体7の長さ方向の両端部から突出しており、図1に示すように先端部が下方に向かって湾曲して形成された金属製の部材である。図2、図4及び図5に示す上部7bは、すり板8A〜8Cが取り付けられる部分である。図4及び図5に示す下部7cは、舟支え部6aに支持される部分である。図2〜図5に示す前縁部7dは、舟体7の縁部を構成する部分である。
【0021】
舟体7には、図2に示すように、車両2がA方向に移動して流れFを受けたとき揚力+Lが作用する。簡単のため、舟体7の揚力が流れFの迎角αの変化に対して直線的に変化する場合を例とすると、流れFの迎角αが変化したときに、揚力+Lに加えて揚力±L’がこの舟体7に作用する。ここで、揚力+Lは、車両2が通常走行中に舟体7に作用する揚力である。揚力±L’は、迎角αが変化したときの揚力+Lの変化量である。迎角αは、舟体7の前後方向と流れFとのなす角である。舟体7には、流れFの迎角αが正の値(舟体7の前方から後方に向かって流れFが斜め上方向)であるときには、この舟体7を上昇させる方向を正とする揚力+L’がこの舟体7に作用する。一方、舟体7には、流れFの迎角αが負の値(舟体7の前方から後方に向かって流れFが斜め下方向)であるときには、この舟体7を下降させる方向を負とする揚力−L’がこの舟体7に作用する。
【0022】
図1〜図6に示すすり板8A〜8Cは、トロリ線1aと摺動する部材である。すり板8A〜8Cは、図3及び図4に示すように、車両2の進行方向と直交する方向(まくらぎ方向)に伸びた金属製又は炭素製の板状部材である。すり板8A〜8Cは、車両2の走行速度と同速度でトロリ線1aと摺動し大電流が流れるため、機械的強度、電気伝導性及び耐摩耗性などの一定の性能が要求される。すり板8A〜8Cは、例えば、鉄又は銅などの金属粉に黒鉛又はスズなどの低融点金属とクロム又はモリブデンなどの硬質金属とを混合し焼結させた焼結合金すり板、炭素を主成分とするカーボン系すり板などである。すり板8A〜8Cは、舟体7とは別個に製造される別部品であり、この舟体7に取り付けられている。すり板8A〜8Cは、舟体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。
【0023】
図1及び図3〜図6に示すすり板8A,8B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する。すり板8A,8Bは、図1、図3及び図4に示すように、舟体7の長さ方向(まくらぎ方向)に複数並べた状態でこの舟体7の中央部及び中央部よりも外側(両端部寄り)に配置されている。すり板8A,8Bは、図3に示すように、舟体7の進行方向(すり板8A,8Bの長さ方向と直交する方向(図3に示すA方向))に対して所定の傾斜角度で両端部が斜めに直線状に切断されている。すり板8A,8Bは、図3及び図6に示すように、平面形状が略平行四辺形の薄板状部材である。
【0024】
図1、図3及び図4に示すすり板8Cは、すり板8A,8Bの補助的部分を構成する補助すり板として機能する。すり板8Cは、すり板8A,8Bに比べて摺動頻度が低く、舟体7の長さ方向にすり板8Aと並べた状態で舟体7の両端部に配置されている。すり板8Cは、図3に示すように、すり板8Bと隣接する側の端面が舟体7の長さ方向に対して斜めに形成され、すり板8Bと隣接する側とは反対側の端面が舟体7の長さ方向に対して略直交して形成されている薄板状部材である。すり板8A〜8Cは、図5及び図6に示す上部8aと、下部8bと、図6に示す前縁部8cと、図5及び図6に示す上側角部8dと、図6に示す端部8eと、図2、図3、図5及び図6に示す揚力安定化構造9などを備えている。
【0025】
図5及び図6に示す上部8aは、トロリ線1aと接触する部分である。下部8bは、舟体7の上部7bに取り付けられる部分である。図6に示す前縁部8cは、すり板8A〜8Cの縁部を構成する部分である。前縁部8cは、すり板8A〜8Cの進行方向前側及び進行方向後側に形成されており、上部8aに対して垂直な平坦面(壁面)に形成されている。前縁部8cは、すり板8A〜8Cを舟体7に取り付けたときに、舟体7の上部7bの凹部と接合する。図5及び図6に示す上側角部8dは、上部8aと前縁部8cとが交わる部分である。端部8eは、すり板8Aとすり板8Bとが隣り合う側に形成されている。端部8eは、すり板8A,8Bの進行方向に対して所定の傾斜角で傾斜しており、すり板8A,8Bの上部8a及び下部8bに対して垂直な平坦面に形成されている。
【0026】
図2、図3、図5及び図6に示す揚力安定化構造9は、舟体7に作用する揚力+Lを安定化させる構造である。揚力安定化構造9は、揚力傾斜が正の特性を示す部分と揚力傾斜が負の特性を示す部分とを、舟体7の長さ方向に沿って混在させることによって、この舟体7の揚力特性を安定化させる。ここで、揚力傾斜とは、図2に示す迎角αに対する揚力±L’の変化を表す値である。揚力傾斜が正とは、揚力傾斜が右上がりの直線になるような特性を示すことをいう。揚力傾斜が負とは、迎角αに対する揚力±L’の変化を表す揚力傾斜が右下がりの直線になるような特性を示すことをいう。揚力安定化構造9は、図3〜図6に示すように、揚力増加部10Aと、揚力低減部10Bと、図3及び図6に示す接続部10Cなどを備えている。揚力安定化構造9は、図3に示すように、揚力増加部10A及び揚力低減部10Bが舟体7の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されている。
【0027】
図3、図4、図5(A)及び図6(A)に示す揚力増加部10Aは、舟体7が斜め上方向の流れFを受けたときに、この舟体7に作用する揚力+Lを増加させる部分である。揚力増加部10Aは、図6(A)に示すように、すり板8Aの進行方向前側及び進行方向後側の前縁部8cにそれぞれ形成されている。揚力増加部10Aは、図3に示す舟体7の長さ方向の中央部に作用する揚力+Lを増加させる。揚力増加部10Aは、図5(A)及び図6(B)に示すように、水平線とのなす傾斜角θ
A
が小さい(浅い)傾斜面10aを備えている。揚力増加部10Aは、図5(A)に示すように、傾斜面10aの上側角部8dに流れFが沿うため流れFのはく離が生じず、空力音を低減する空力音低減部として機能する。一方、揚力増加部10Aは、図5(A)に示すように、揚力+Lの面では、傾斜面10aを流れFが沿って増速するため、流れFの風向変化やすり板8Aの摩耗に対して敏感であり、風向変化やすり板摩耗に対して揚力変化量が大きくなる。揚力増加部10Aは、特に、風向変化に対しては揚力傾斜が正の特性(吹き上げ方向で揚力+Lが増加する特性)である。
【0028】
図3、図4、図5(B)及び図6(B)に示す揚力低減部10Bは、舟体7が斜め上方向の流れFを受けたときに、この舟体7に作用する揚力+Lを低減させる部分である。揚力低減部10Bは、図6(B)に示すように、すり板8B,8Cの進行方向前側及び進行方向後側の前縁部8cにそれぞれ形成されている。揚力低減部10Bは、図3に示すように、舟体7の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力+Lを低減させる。揚力低減部10Bは、図5(B)及び図6(C)に示すように、水平線とのなす傾斜角θ
B
(傾斜角θ
B
>傾斜角θ
A
)が大きい(立っている)傾斜面10bを備えている。揚力低減部10Bは、図5(B)に示すように、傾斜面10bの上側角部8dで流れFがはく離するため空力音が大きくなる。一方、揚力低減部10Bは、揚力+Lの面では、傾斜面10bでの流れFのはく離によって、風向変化やすり板摩耗に対して揚力変化量が小さくなる。揚力低減部10Bは、特に、風向変化に対しては揚力傾斜が負の特性(吹き上げ方向で揚力+Lが減少する特性)である。
【0029】
図5(A)(B)及び図6(B)(C)に示す傾斜面10a,10bは、例えば、すり板8A,8Bの前縁部8cに機械加工などによって所定の傾斜角(面取り角度)θ
A
,θ
B
で平坦面に形成された面取りである。傾斜面10a,10bは、図5(A)(B)に示すように、前縁部8cとの間に段部が形成されずに、この前縁部8cと滑らかに接続されるようにこの前縁部8cと連続して形成されている。図5(A)及び図6(B)に示す傾斜角θ
A
は、傾斜面10aを流れFが沿う角度であり、図5(B)及び図6(C)に示す傾斜角θ
B
は傾斜面10bで流れFがはく離する角度である。傾斜角θ
A
,θ
B
は、例えば、傾斜角θ
A
=30°に設定した場合には傾斜角θ
B
=60°に設定されており、傾斜角θ
A
=30°に設定したときには傾斜角θ
B
=45°に設定されており、傾斜角θ
A
=45°に設定したときには傾斜角θ
B
=60°に設定されている。
【0030】
図3及び図6(A)(D)に示す接続部10Cは、揚力増加部10Aと揚力低減部10Bとを接続する部分である。接続部10Cは、図6(A)(D)に示すように、揚力増加部10A側の傾斜面10aと揚力低減部10B側の傾斜面10bとの間で、傾斜角θ
A
から傾斜角θ
B
へ移行する傾斜角θ
C1
の傾斜面10cを備えている。接続部10Cは、この接続部10Cの傾斜角θ
C1
が傾斜角θ
A
から傾斜角θ
B
へ徐々に移行する移行区間である。接続部10Cは、すり板8Aとすり板8Bとが隣接する部分の進行方向前側及び進行方向後側の前縁部8cにそれぞれ形成されている。接続部10Cは、図6(A)に示すように、すり板8A,8Bの上部8aを上方から見たときに、揚力増加部10A側の上側角部8dと揚力低減部10B側の上側角部8dとを例えば15°程度以下の所定の傾斜角(開き角度)θ
C2
で、この接続部10Cの上側角部8dが直線状に接続する。接続部10Cは、揚力増加部10A及び揚力低減部10Bと同様にすり板8A,8Bの前縁部8cに機械加工などによって形成された面取りである。
【0031】
次に、この発明の第1実施形態に係る舟体の揚力安定化構造の作用について説明する。
図2に示す車両2がA方向に走行すると、舟体7の表面で流れFがはく離して空力音が発生する。例えば、図1〜図5に示す舟体7から発生する空力音を低減したいときには、図5(A)に示す傾斜角θ
A
が小さい空力音低減効果のあるすり板8A〜8Cを、図3に示す舟体7に一様に搭載することが考えられる。しかし、傾斜角θ
A
が小さいすり板8A〜8Cを舟体7に一様に搭載すると、傾斜面10aに沿って流れFが増速するため揚力変化量が大きくなり、揚力+Lの安定化が損なわれてしまう。一方、図5(B)に示す傾斜角θ
B
が大きいすり板8A〜8Cを図3に示す舟体7に一様に搭載すると、傾斜面10bから流れFがはく離するため、揚力+Lは安定化するが空力音が大きくなってしまう。
【0032】
図5(A)に示すように、揚力増加部10Aの傾斜面10aの傾斜角θ
A
が小さいため、傾斜面10aの上側角部8dに流れFが沿って流れFのはく離が生じず、空力音が小さくなる。一方、図5(B)に示すように、揚力低減部10Bの傾斜角θ
B
が大きいため、傾斜面10bの上側角部8dで流れFがはく離して空力音が大きくなる。このため、傾斜角θ
A
が小さい揚力増加部10Aを備えるすり板8Aを舟体7に一様に搭載した場合に比べて、傾斜角θ
A
が小さい揚力増加部10Aと傾斜角θ
B
が大きい揚力低減部10Bとが混在するすり板8A,8Bを舟体7に搭載した場合には、空力音が大きくなる。しかし、傾斜角θ
B
が大きい揚力低減部10Bの配合割合を最適な割合に設定して、揚力低減部10Bの舟体7への設置範囲を最小限に留めることによって、空力音の増加が最小限に抑えられる。
【0033】
また、図5(A)に示すように、揚力増加部10Aの傾斜面10aの傾斜角θ
A
が小さいため、風向変化に対しては揚力傾斜が正の特性を示す。一方、図5(B)に示すように、揚力低減部10Bの傾斜面10bの傾斜角θ
B
が大きいため、風向変化に対しては揚力傾斜が負の特性を示す。揚力傾斜が正の特性を示す揚力増加部10Aと、揚力傾斜が負の特性を示す揚力低減部10Bとが混在するため、両者の特性が打ち消しあって揚力変化量が小さくなる。
【0034】
さらに、図5(A)に示すように、揚力増加部10Aの傾斜面10aの傾斜角θ
A
が小さいため、傾斜面10aを流れFが沿って増速し、風向変化やすり板摩耗に対して揚力変化量が大きくなる。例えば、傾斜角θ
A
が小さい揚力増加部10Aを備えるすり板8Aを舟体7に一様に搭載した場合には、風向変化やすり板摩耗に対して敏感になり揚力変化量が大きくなる。一方、図5(B)に示すように、揚力低減部10Bの傾斜面10bの傾斜角θ
B
が大きいため、傾斜面10bでの流れFのはく離によって、風向変化やすり板摩耗に対して揚力変化量が小さくなる。傾斜角θ
B
が大きい揚力低減部10Bの寄与により、傾斜角θ
A
が小さい揚力増加部10Aを備えるすり板8Aを舟体7に一様に搭載した場合に比べて、揚力変化量が小さくなる。
【0035】
この発明の第1実施形態に係る舟体の揚力安定化構造及びすり板には、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、舟体7が斜め上方向の流れFを受けたときに、この舟体7に作用する揚力+Lを増加させる揚力増加部10Aと、この舟体7に作用する揚力+Lを低減させる揚力低減部10Bとをすり板8A〜8Cが備えている。このため、揚力増加部10Aと揚力低減部10Bとを混在させることによって、揚力特性を安定化させることができる。特に、空力音低減を目的として舟体断面形状を平滑化した場合には、揚力の安定化が困難な平滑化舟体に対して揚力特性を安定化させることができる。
【0036】
(2) この第1実施形態では、水平線とのなす傾斜角θ
A
が小さい傾斜面10aを揚力増加部10Aが備えており、水平線とのなす傾斜角θ
B
が大きい傾斜面10bを揚力低減部10Bが備えている。このため、傾斜角θ
A
が小さい揚力増加部10Aを備えるすり板8Aを舟体7の長さ方向に一様に配置せずに、傾斜角θ
B
が大きい揚力低減部10Bを備えるすり板8Bをすり板8Aと混在させることによって、揚力変化量を少なくすることができるとともに、空力音の増加を最小限に抑えることができる。また、傾斜角θ
A
,θ
B
を調整することによって、揚力+Lの安定化だけではなく、揚力+Lの値自体を調整することができるとともに揚力特性も微調整することができる。
【0037】
(3) この第1実施形態では、揚力増加部10Aの傾斜面10aの傾斜角θ
A
がこの傾斜面10aを流れFが沿う角度であり、揚力低減部10Bの傾斜面10bの傾斜角θ
B
がこの傾斜面10bで流れFがはく離する角度である。このため、空力音低減効果のある揚力増加部10Aによって揚力低減部10Bから発生する空力音の増加を最小限に抑えることができる。また、揚力増加部10Aの揚力傾斜の正の特性と揚力低減部10Bの揚力傾斜の負の特性とが混在するため、両者の特性が打ち消しあって揚力変化量を小さくすることができる。さらに、揚力低減部10Bの寄与によって、すり板摩耗時の揚力変化量を小さくすることができる。
【0038】
(4) この第1実施形態では、揚力増加部10A及び揚力低減部10Bが舟体7の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されている。このため、揚力増加部10A及び揚力低減部10Bを適切な配分で配置することによって、舟体7に作用する揚力+Lを安定化させることができる。また、揚力増加部10A及び揚力低減部10Bの配合割合を調整することによって、揚力+Lの安定化だけではなく、揚力+Lの値自体を調整することができるとともに揚力特性も微調整することができる。
【0039】
(5) この第1実施形態では、揚力増加部10Aが舟体7の長さ方向の中央部に作用する揚力+Lを増加させ、揚力低減部10Bが舟体7の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力+Lを低減させる。このため、例えば、揚力増加部10Aを備えるすり板8Aを舟体7の長さ方向の中央部付近に配置し、揚力低減部10Bを備えるすり板8Bを舟体7の両端部寄りに配置するだけで、舟体7に作用する揚力+Lを安定化させることができる。また、揚力増加部10A及び揚力低減部10Bの位置を調整することによって、揚力+Lの安定化だけではなく、揚力+Lの値自体を調整することができるとともに揚力特性も微調整することができる。
【0040】
(6) この第1実施形態では、揚力安定化構造9をすり板8A,8Bが備えている。このため、すり板8A,8Bに簡単な構造で製作が容易な揚力安定化構造9を設けるだけで、舟体7に作用する揚力+Lを安定化させることができる。
【0041】
(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に示す揚力増加部10Aは、図3に示す揚力増加部10Aとは逆に、舟体7の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力+Lを増加させる。図7に示す揚力低減部10Bは、図3に示す揚力低減部10Bとは逆に、舟体7の長さ方向の中央部に作用する揚力+Lを低減させる。この第2実施形態には、第1実施形態と同様の効果がある。
【0042】
(第3実施形態)
図8及び図9に示す揚力増加部10Aは、すり板8Aの進行方向前側及び進行方向後側の前縁部8cにそれぞれ形成されている。揚力増加部10Aは、図8に示す舟体7の長さ方向の中央部に作用する揚力+Lを増加させる。図8及び図9に示す揚力低減部10Bは、すり板8B,8Cの進行方向前側及び進行方向後側の前縁部8cにそれぞれ形成されている。揚力低減部10Bは、図8に示す舟体7の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力+Lを低減させる。図8及び図9に示す接続部10Cは、図3及び図6に示す接続部10Cとは異なり、すり板8Bの長さ方向のほぼ中間部の進行方向前側及び進行方向後側の前縁部8cにそれぞれ形成されている。この第3実施形態には、第1実施形態及び第2実施形態と同様の効果がある。
【0043】
(第4実施形態)
図10に示す揚力増加部10Aは、図8に示す揚力増加部10Aとは逆に、舟体7の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力+Lを増加させる。図10に示す揚力低減部10Bは、図8に示す揚力低減部10Bとは逆に、舟体7の長さ方向の中央部に作用する揚力+Lを低減させる。この第4実施形態には、第1実施形態〜第3実施形態と同様の効果がある。
【0044】
(第5実施形態)
図11〜図13に示す舟体7は、図1〜図10に示す舟体7と同様に、傾斜角θ
A
,θ
B
によって流れFが沿う場合とはく離する場合の両方の流れFを実現可能な断面形状である。図11に示す舟体7は、断面形状が多角形である。すり板8Aは、図11(A)に示すように、傾斜面10aの傾斜角θ
A
が小さい揚力増加部10Aと、図11(B)に示すように傾斜面10aの傾斜角θ
B
が大きい揚力低減部10Bとを備えている。図12に示す舟体7は、断面形状が前後非対称である。すり板8Aは、図12(A)に示すように、傾斜面10aの傾斜角θ
A
が小さい揚力増加部10Aと、図12(B)に示すように傾斜面10aの傾斜角θ
B
が大きい揚力低減部10Bとを備えている。図13に示す舟体7は、断面形状が鈍頭である。すり板8Aは、図13(A)に示すように、傾斜面10aの傾斜角θ
A
が小さい揚力増加部10Aと、図13(B)に示すように傾斜面10aの傾斜角θ
B
が大きい揚力低減部10Bとを備えている。この第5実施形態には、第1実施形態〜第4実施形態と同様の効果がある。
【0045】
(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、集電装置3としてシングルアーム式パンタグラフを例に挙げて説明したが、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。また、この実施形態では、すり板8A〜8Cの進行方向の前後に前縁部8cを形成する場合を例に挙げて説明したが、前縁部8cを省略して傾斜面10a〜10cと下部8bとが交差するように形成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、この実施形態では、主すり板に相当するすり板8A,8Bが4枚である場合を例に挙げて説明したが、すり板8A,8Bが3枚以下又は5枚以上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。
【0046】
(2) この実施形態では、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集電装置3が移動する場合を例に挙げて説明したが、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集電装置3が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。また、この実施形態では、すり板8A〜8Cの進行方向の前後の傾斜面10aの傾斜角θ
A
が同一であり、すり板8A〜8Cの進行方向の前後の傾斜面10bの傾斜角θ
B
が同一である場合を例に挙げて説明したが、このような構造にこの発明を限定するものではない。例えば、すり板8A〜8Cの進行方向の前後の傾斜面10aの傾斜角θ
A
をそれぞれ異なる角度に変更したり、すり板8A〜8Cの進行方向の前後の傾斜面10bの傾斜角θ
B
をそれぞれ異なる角度に変更したりすることによって、なびき方向及び反なびき方向の揚力特性をある程度独立に制御することができると推測される。
【符号の説明】
【0047】
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
7 舟体
8A〜8C すり板
9 揚力安定化構造
10A 揚力増加部
10B 揚力低減部
10C 接続部
10a〜10c 傾斜面
F 流れ
α 迎角
L 揚力
±L’ 揚力の変化量
θ
A
,θ
B
,θ
C1
,θ
C2
傾斜角

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

公益財団法人鉄道総合技術研究所
張力調整装置
公益財団法人鉄道総合技術研究所
脱線防止装置
公益財団法人鉄道総合技術研究所
橋梁の騒音低減装置
公益財団法人鉄道総合技術研究所
ラーメン高架橋の防振構造
公益財団法人鉄道総合技術研究所
レールの伸縮継目用締結装置
公益財団法人鉄道総合技術研究所
舟体の揚力安定化構造及びすり板
公益財団法人鉄道総合技術研究所
補強盛土構造及び補強盛土の構築方法
公益財団法人鉄道総合技術研究所
地絡位置標定方法及び地絡位置標定システム
公益財団法人鉄道総合技術研究所
列車位置特定方法及び列車位置特定システム
公益財団法人鉄道総合技術研究所
状態監視装置、状態監視方法及びプログラム
公益財団法人鉄道総合技術研究所
無線センサネットワークの設計方法及びシステム
公益財団法人鉄道総合技術研究所
無線通信経路構築方法、子装置及び無線通信システム
公益財団法人鉄道総合技術研究所
軌道支持状態推定方法、そのプログラム及びシステム
公益財団法人鉄道総合技術研究所
架線・パンタグラフ系の走行シミュレーション方法及び装置
公益財団法人鉄道総合技術研究所
情報処理装置および点群位置補正方法、ならびにプログラム
個人
雨滴除去装置
個人
事故減のための車
個人
運転補助装置
トヨタ自動車株式会社
車両
個人
自動車の後席安全方法
個人
ホイールカバー
ホッタ株式会社
ロック機構
井関農機株式会社
作業車両
エムケー精工株式会社
洗車機
株式会社クボタ
作業機
エムケー精工株式会社
洗車機
エムケー精工株式会社
洗車機
個人
車両
エムケー精工株式会社
洗車機
日本化薬株式会社
ガス発生器
ヤンマー株式会社
作業機
個人
交差点無停止走行制御方法
株式会社ユピテル
電源制御装置
個人
ペダルが一つである自動車
株式会社洗車の王国
洗車機
個人
走行中に乾燥を行う乾燥装置
続きを見る