騒音低減手段を備えた車両及びその方法

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【発明の名称】	騒音低減手段を備えた車両及びその方法
【発明者】	【氏名】飯田明由【氏名】流川博光【氏名】高野靖
【要約】	【課題】空力的騒音を低減できる車両を提供する。【解決手段】車両の騒音発生箇所、例えば鉄道車両１の屋根に設置されている集電装置３の舟板１１や、集電装置３を取り囲むように形成された防風カバー５の切り欠き部２７を挟む側壁２６の部分に、周囲空気温度を上昇させて騒音を低減する騒音低減手段として、各々加熱装置１９、２９を備える。加熱装置１９、２９で舟板１１や切り欠き部２７の周囲の空気の温度を上昇させた場合、空気の密度や粘度が小さくなることで、舟板１１や切り欠き部２７の周囲の空気流の乱流や渦流の発生が低減し、空気流が舟板１１や切り欠き部２７周囲の側壁２６の部分に衝突する力が小さくなることで、空力音からなる騒音を低減する

【特許請求の範囲】
【請求項１】車両の騒音発生箇所周囲の空気温度を上昇させて騒音を低減する騒音低減手段を備えてなる車両。
【請求項２】前記騒音低減手段が加熱手段であり、該加熱手段が前記騒音発生箇所と、該騒音発生箇所の車両の進行方向に対して前方部分との少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項３】前記騒音低減手段が、車両の付属装置からの廃熱を熱源として前記騒音発生箇所周囲の空気温度を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項４】前記騒音発生箇所が、車両の屋根に設けられた集電装置と、該集電装置を下降させたときに、該集電装置が該集電装置の周囲に形成された防風カバーに接触しないために、該防風カバーの側壁に形成された切り欠き部とであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の車両。
【請求項５】車両の騒音発生箇所の周囲空気温度を上昇させて騒音を低減する騒音低減方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両に係り、特に、騒音低減手段を備えた車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の車両では、車両周囲の空気の流れを整流すること、また、車両の進行方向から見た空気が衝突する部分の投影面積を小さくすることなどにより、車両周囲の空気の乱流や渦流などによる風切り音や振動音、そして、空気流の衝突による衝突音や振動音などからなる空力的な騒音を低減している。例えば、高速で走行する鉄道車両では、集電装置などでの空力的な騒音が特に大きく、特開平８－９８３０６号公報では、集電装置の車両への取付け部となる碍子部分への空気流を遮蔽し、防風カバーに車両の屋根から集電装置に向けて緩やかな上り勾配となるスロープ部を設け、さらに、防風カバーの横幅を狭くし、空気流が衝突する部分の投影面積を小さくすることで、空気流による風切り音、衝突音、振動音などの空力的な騒音を低減している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、車両の形状や車両を構成する部材の形状の設計には制限があり、車両周囲の空気の流れを整流することなどによる空力的な騒音の低減には限界がある。例えば、特開平８－９８３０６号公報では、防風カバーの横幅を狭くしているため、集電装置を下降させて収納状態にした場合に、集電装置の左右に張出した舟板やホーンなどと防風カバーとが接触しないようにし、舟板やホーンなどと防風カバーとの間の電気的な絶縁を確保するための一定の空気絶縁距離を設けなければならない。したがって、防風カバー側壁の集電装置の舟板やホーンなどに対応する部分には、切り欠き部が形成されている。このため、防風カバーの投影面積を小さくし、かつ、防風カバーを空気の整流効果を有する形状にしても、この防風カバー側壁の切り欠き部で風切り音、振動音、衝突音などによる空力的な騒音が発生する。また、集電装置周囲の空気流は、防風カバーによって、防風カバーがない場合よりも流速が遅くなってはいるが、車両の走行速度が増せば集電装置周囲の空気流の速度も増し、集電装置で発生する空力的な騒音は、車両の走行速度の増加と共に大きくなる。このため、車両の高速化に伴って増大する集電装置などで生じる空力的な騒音を、防風カバーなどによる空気流の整流や減速作用のみで低減することは難しい。
【０００４】本発明の課題は、空力的騒音を低減できる車両を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気の温度を上昇させた場合、空気の密度や粘度が小さくなる性質に基づいてなされたものであり、空気の密度や粘度が小さくなることで物体周囲の空気流の乱流や渦流の発生が低減し、空気流が物体に衝突する力が小さくなる。これにより、空力的に発生する音、すなわち空力音からなる騒音を低減するものである。
【０００６】つまり、車両の騒音発生箇所の周囲空気温度を上昇させて騒音を低減する騒音低減方法により上記課題を解決するものであり、このため、本発明の車両は、騒音発生箇所の周囲空気温度を上昇させて騒音を低減する騒音低減手段を備えている。
【０００７】また、騒音低減手段が加熱手段であり、この加熱手段が騒音発生箇所と、この騒音発生箇所の車両の進行方向に対して前方部分との少なくとも一方に設けられていれば、騒音発生箇所の発熱で騒音発生箇所周囲の空気温度を上昇させることができる。さらに、騒音発生箇所の前方の空気温度を上昇させ、温度の高い空気を騒音発生箇所に流すことでも騒音発生箇所周囲の空気温度を上昇させることができる。
【０００８】一方、騒音低減手段が、車両の付属装置からの廃熱を熱源として騒音発生箇所周囲の空気温度を上昇させれば、廃熱を利用できるため省エネルギー効果があるので好ましい。
【０００９】また、主な騒音発生箇所が、車両の屋根に設けられた集電装置と、この集電装置を下降させたときに、この集電装置がこの集電装置の周囲に形成された防風カバーに接触しないためにこの防風カバーの側壁に形成された切り欠き部とである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用してなる車両の一実施形態を図１及び図６を参照して説明する。図１は、本実施形態の車両の集電装置及び防風カバーの斜視図である。図２は、本実施形態の車両の先頭部を示す図である。図３は、本実施形態の車両の連結部を示す図である。図４は、温度と騒音の低減レベルの関係を示す図である。図５は、集電装置と防風カバー周囲での騒音の分布を示す図である。なお、本実施形態の車両は最高速度が時速２５０Ｋｍ以上に達する鉄道車両であり、最高速度付近で走行中は、台車から発生する走行音による騒音よりも、空力的な騒音の方が大きくなっており、この空力的騒音の主な発生源は、集電装置と集電装置を囲む防風カバーなどである。
【００１１】本実施形態の車両１の屋根２には、図１に示すように、車両の屋根２上に集電装置３と、集電装置３を囲むように形成された防風カバー５が取付けられている。集電装置３は、集電装置３を屋根１に絶縁状態で据え付けるための４本の碍子７、４本の碍子７で４隅を支持された平板状のカバー９、カバー９を貫通し、中央部で屈曲する昇降アーム１１、昇降アーム１１の上端部に車両の進行方向１２に対して左右に張出しすように設けられた舟板１３、舟板１３の上部に設けられ、架線と接する帯状のすり板１５、そして、舟板１３の両端部から張出し、下方に湾曲した棒状のホーン１７などからなる。昇降アーム１１と舟板１３とには、各々、昇降アーム１１と舟板１３などを加熱して、昇降アーム１１と舟板１３の周囲の空気の温度を上昇させるためのヒータなどからなる加熱装置１８、１９が設置されている。
【００１２】防風カバー５は、集電装置３と電気的に絶縁するための所定の空気絶縁距離を設けて設置されている。このため、集電装置３の周囲には、防風カバー５に囲まれた空間２３が形成されている。防風カバー５の車両の進行方向１２に対して前後部分は、集電装置３に向かって漸次高くなるような傾斜を有するスロープ部２５になっており、集電装置３の両側方部分は、側壁２６になっている。各々の側壁２６の中央部には、側壁２６の上縁部から下方に向かって切り欠き部２７が形成されており、この切り欠き部２７によって、集電装置３を下降させて収納状態にしたときに、舟板１３やホーン１７などが防風カバー５に接触しないようになっている。側壁２６の切り欠き部２７を挟む部分には、各々、切り欠き部２７周囲の空気の温度を上昇させるためのヒータなどからなる加熱装置２９が設けられている。
【００１３】先頭車両３１では、図２に示すように、先頭部３３の台車３４の進行方向１２に対して前方に設けられた床下カバー３５に、この床下カバー３５側部周囲の空気の温度を上昇させるためのヒータなどからなる加熱装置３７が設けられている。なお、床下カバー３５は、車両３１の先頭部３３から台車３４に向かって漸次幅が広くなる略Ｖ字形状に形成されている。さらに、図３に示すように、車両１間の連結部３９の幌４１を支持する幌枠４２にも、連結部３９周囲の空気の温度を上昇させるためのヒータなどからなる加熱装置４３が設けられている。
【００１４】ところで、本発明は、車両が走行しているときに車両周囲の空気流の乱流や渦流などによって起こる風切り音や振動音、空気流が衝突することによって起こる衝突音や振動音、つまり流体力の作用によって発生する空力音からなる騒音を、空気の性質である温度依存性を利用して低減するものである。すなわち、空気の密度や粘度は、温度に反比例するので、空気の温度を上昇させることで、この空気の密度や粘度を小さくし、乱流や渦流の発生を抑え、また、流体が物体に衝突する力を小さくすることで、騒音を低減するものである。
【００１５】例えば、空力音をＰａ、空気の密度をρ、音速をｃ、物体の代表寸法をＤ、その物体の周囲の空気流速をＵとすると、【００１６】
【数１】

【００１７】と表わすことができる。さらに、音速ｃは空気密度ρの平方根に反比例し、空気密度ρは温度ｔにほぼ反比例するので、【００１８】
【数２】

【００１９】となり、空力音Ｐａは、温度ｔのほぼ３乗に反比例することがわかる。さらに、物体が振動して起こる振動音は、温度のほぼ２乗に反比例している。また、空力音の放射効率は、音速の２乗に反比例し、音速は、空気の密度の平方根に反比例していることから、空力音の放射効率は、空気の密度にほぼ比例している。したがって、騒音を発生する車両部分の周囲の温度を上げることで、発生する空力音を低減することができ、さらに、空力音の放射効率、すなわち騒音の周囲空間への伝搬効率を低くすることができるので、空力的な騒音を低減することができる。
【００２０】このような、空気温度の上昇による空力音による騒音の低減効果の一例を示すと、図４に示すように、外気温をほぼ２０℃としたとき、騒音発生箇所が外気温とほぼ同じ温度であるときの騒音に対して、騒音発生箇所の温度が４２℃～４３℃のとき、すなわち、外気温に対して騒音発生箇所の温度が２２℃～２３℃高いときに約１ｄＢの騒音低減効果が得られている。この騒音の低減効果は、温度の変化にほぼ比例しており、騒音の低減レベルは、温度の上昇に伴ってほぼ直線的に増加して行く。
【００２１】ここで、本実施形態と同型で、加熱装置１９、２９が設けられていない鉄道車両の集電装置３と防風カバー５で発生する騒音のレベルを調べた結果の一例を示すと、図４のように、集電装置３の舟板３１と昇降アーム１１、そして、切り欠き部２７の進行方向に対して前側の防風カバー５の部分などから大きな騒音が発生している。このため、本実施形態の車両１では、図１に示したように、大きな騒音が発生する集電装置３の昇降アーム１１と舟板１３、そして、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分に、各々の周囲の空気温度を上昇させるために加熱装置１８、１９、２９を設置している。このとき、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分に設けられた加熱装置２９では、進行方向１２に対して前側に位置する加熱装置２９のみを加熱するようにしてもよい。
【００２２】加熱装置１８、１９、２９、３７、４３は、各加熱装置１８、１９、２９、３７、４３が設けられた各々の部分の温度が、一定温度、例えばほぼ５０℃に保たれるように制御されている。また、各加熱装置１８、１９、２９、３７、４３が設けられた各部分の温度が、外気温に対して、一定温度高い状態、例えばほぼ３０℃高い状態になるように制御されていてもよい。なお、加熱温度やその制御方法は、温度を上昇させる部分、つまり集電装置３の昇降アーム１１と舟板１３、そして、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分、先頭車両３１の床下カバー３５、連結部３９の幌枠４２などの耐熱性などに応じて決定されるものである。
【００２３】このように、本実施形態の車両１では、騒音を発生する部分である集電装置３の昇降アーム１１と舟板１３、そして、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分、先頭車両３１の床下カバー３５、連結部３９の幌枠４２などに設置された加熱装置１８、１９、２９、３７、４３で、各部の周囲の空気温度を上昇させることができるので、空力音からなる騒音を低減することができる。
【００２４】また、本実施形態では、加熱装置２９を特に大きな騒音を発生する部分である防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分にのみ設置したが、図６に示すように、防風カバー５のスロープ部２５表面から空間２３側の壁面にかけて加熱装置４５を、切り欠き部２７の周囲部分に加熱装置４７を設置し、防風カバー５のほぼ全体を発熱させるようにしてもよい。
【００２５】さらに、本実施形態では、加熱装置１８、１９、２９を、騒音を発生する部分である集電装置３の昇降アーム１１と舟板１３、そして、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分に設置したが、図６に示すように、防風カバー５のスロープ部２５に加熱装置４９を設置し、進行方向１２に対して前側に位置するスロープ部２５の加熱装置４９を発熱させることで、スロープ部２５上を流れる空気の温度を上昇させ、この暖められた空気を集電装置３の昇降アーム１１と舟板１３、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分に流すようにしてもよい。
【００２６】また、本実施形態では、集電装置３の昇降アーム１１と舟板１３、そして、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分にヒータなどからなる加熱装置１８、１９、２９、３７，４３を設けたが、図８に示すように、台車３４の位置に設けられたモータ５１や、駆動装置類や空調機器類などからなる床下機器５３からの廃熱をヒートパイプ５５を介して、集電装置３の昇降アーム１１と舟板１３、そして、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分などに伝え、昇降アーム１１と舟板１３、そして、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分を発熱させるようにしてもよい。このようにすれば、省エネルギー効果が高くなるので好ましい。もし、構造的に昇降アーム１１と舟板１３に対してヒートパイプ５５を設置しにくい場合には、防風カバー５のスロープ部２５に廃熱を導き、昇降アーム１１と舟板１３にスロープ部２５で暖められた空気が流れるようにすればよい。
【００２７】さらに、図９に示すように、防風カバー５に囲まれた空間２３内の屋根２にヒートパイプ５５に連通する放熱口５７を設けて空間２３内を熱することで、集電装置３の周囲や防風カバー５の切り欠き部２７の周囲の空気の温度を上げてもよい。
【００２８】また、本発明は、本実施形態の構成の車両に限らず、様々な構成の車両に適用することができる。本実施形態では、スロープ部２５を有する防風カバー５や中央部で屈折する昇降アーム１１を備えた集電装置３などについて説明したが、例えば、流線形状の防風カバーや、翼型構造、菱形リンク構造の昇降手段を備えた集電装置などにも適用することができる。
【００２９】さらに、本発明は、本実施形態の騒音発生箇所、すなわち集電装置３の昇降アーム１１と舟板１３、防風カバー５の切り欠き部２７を挟む部分、先頭車両３１の床下カバー３５、連結部３９の幌枠４２などに限らず、車両の様々な騒音発生箇所、例えば集電装置３のホーン１７、台車３４、車両１の連結部の切妻面、先頭車３１のワイパーや屋根上のアンテナなどの突起物などにも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、車両の空力的騒音を低減できる。

【出願人】	【識別番号】０００００５１０８【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】	平成１１年５月２５日（１９９９．５．２５）
【代理人】	【識別番号】１０００９８０１７【弁理士】【氏名又は名称】吉岡宏嗣
【公開番号】	特開２０００－３４１８０３（Ｐ２０００－３４１８０３Ａ）
【公開日】	平成１２年１２月８日（２０００．１２．８）
【出願番号】	特願平１１－１４４３１２