专利名称：集电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铁路车辆的集电器，特别是涉及一种适用于高速铁路车辆的集电器。
使用电力作动力源的铁路车辆一般在车顶带有集电器，用于与上方的电线接触而收集电力。日本专利延迟公开No.304101/1992公开了一种降噪结构，它是在集电器的前后设置挡声装置(挡声罩)作为抑噪装置。这种降噪结构的设计是在集电器的前后分别设置挡声装置，使集电器位于减速气流中，从而不仅阻止集电器产生的气动噪声，而且阻止由此辐射来的气动噪声。
显然，上述专利申请所公开的先有技术的集电器的用意是降低车辆在较高速度下运行时集电器产生的噪声。然而，对于下一代高速列车而言，其速度将达350公里/小时，那时，上述挡声装置本身就会产生气动噪声问题，并且利用集电器进行降噪的方法在高速区内很难奏效。由于空气的阻力与车辆运行速度的平方成正比地增加，另外，挡声装置本身造成的运行阻力也会使运行成本提高，这将给下一代“新干线”提出一个严重的问题，因为下一代“新干线”的商业运行速度将大大地高于现有水平，例如将达350公里/小时。
鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种集电器，它的设计不仅要降低下一代高速列车的噪声，而且还要降低其空气阻力。
为了实现上述目的，本发明的集电器包括一个用于从供电线上集取电力的集电体，一个用于将所述集电体绝缘并支承在车辆上的绝缘体，和一个用于将所述集电体收到的电力传导给一个荷载的导电体；所述导电体和绝缘体间隔一定距离设置。
绝缘体和导电体各有一个外伸轴形的中央部分和多个以一定间隔设置的翅片，所述翅片大于该中央部分的直径。至少绝缘体和导电体之一的翅片相对于所述中央部分的轴向成一定角度地装配在该中央部分上。
另外，导电体和绝缘体间隔一定距离设置，绝缘体和导电体各有一个外伸轴形的中央部分和多个以一定间隔设置的翅片，所述翅片大于该中央部分的直径。而且，至少绝缘体和导电体之一的翅片相对于所述中央部分成一定角度地装配在中央部分上。
再有，至少绝缘体和导电体之一具有平行于车辆地板平面的流线形断面。
另外，导电体朝向供电线一侧的端部具有弯曲的表面。
还有，位于绝缘体和集电体之间的接头具有一弯曲的表面。
另外，在导电体朝向集电体一侧的端部和集电体之间留有一定的空隙。
再有，一个用于将集电体收到的电力传导给导电体的柔性导体沿其纵向具有流线形的垂直断面。
还有，集电体沿着车辆运行方向朝前倾斜。
另外，集电体带有排水孔。
当接近某一物体表面的空气中出现扰动时，就会产生气动噪声。因此，如果将导电体设置在气流扰动强烈的绝缘体的下游侧，则在导电体表面产生压力波动，从而激发出声波，由此辐射出声音。根据本发明，通过将导电体偏移(下称偏置)而将导电体设置在气流扰动弱的绝缘体下游侧的某个位置上(而不是设置在气流扰动强的绝缘体下游侧的位置处)，从而降低集电器产生的噪声。另外，通过将绝缘体和导电体上传统的圆柱形纵向垂直断面改为流线形，可进一步增强这种集电器的降噪效果。
为了减小作用在集电体上的稳固的动力提升，使集电体沿车辆运行方向朝前倾斜，以便在车辆冲入和冲出隧道时减小动力提升波动对集电体的影响，并抑制该动力提升的发生。
下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明。
图1是一高速车辆的外观图，其上装有本发明的集电器。
图2是图1所示的集电器的透视图。
图3是图1所示的集电器的正面图。
图4是图1所示的集电器的侧面图。
图5是本发明的另一种集电器的透视图。
图6是图5所示的集电器的正面图。
图7是图5所示的集电器的侧面图。
图8是一底视图，表示了本发明的绝缘体4和导电体5之间的潜在关系。
图9是一线图，表示了本发明的集电器在风洞试验中所表现出的降噪效果。
图10是本发明的又一种集电器的透视图。
图11是图10所示的集电器的正面图。
图12是图10所示的集电器的侧面图。
图13是本发明的再一种集电器的透视图。
图14是图13所示的集电器的正面图。
图15是图13所示的集电器的侧面图。
图16是本发明的另一种集电器的透视图。
图17是图16所示的集电器的正面图。
图18是图16所示的集电器的侧面图。
图19是图16所示的集电器的底视图。
图20是一柔性导电体的剖面图，表示了本发明的又一种集电器。
图21是本发明另一种集电器的侧面图。
图22是本发明又一种集电器的侧面图。
图23是本发明另一种集电器的侧面图。
图24是本发明又一种集电器的剖面图。
图25是本发明另一种集电器的剖面图。
下面结合图1-25对本发明的一些实施例进行说明。
图一是一节铁路车辆的部分透视图，该车辆带有本发明的集电器。图2-4分别是本发明集电器的透视、正面和侧面图，此集电器带有一个绝缘体4和一个导电体5，它们支承在一个底座17上。另外，图5-7分别是本发明的另一种集电器的透视、正面和侧面图，该集电器中的绝缘体4和导电体5分别支承在底座17a和17b上。
这种集电器设计成通过柔性导电体11和上述导电体5将电力输送给车辆8。利用供电线1与集电体3的接触，将电力从供电线1输至集电体3，并加到带有各种降噪措施的车辆8上。在不集电时，通过转动一个装在集电器下部的枢轴机构13而将集电器装入拱罩10中。在图1，2，4，5和7中，箭头15表示车辆运行的方向。
集电器中的导电体5设置成与绝缘体4沿着车辆的横向保持一个预定的间距(偏置布置)，该绝缘体4绝缘和支承集电体3。一般地说，在靠近物体表面的地方出现气流扰动时，就会产生气动噪声。因此，如果将导电体5设置在气流扰动强烈的绝缘体4的下游侧时，在导电体5的表面上将会诱发出压力波动并激发出声波，从而由此扩散出声音。为了防止这种现象，不将导电体5设置在有强烈气流扰动的绝缘体4的下游位置，而是使导电体5偏置，以降低集电器发出的噪声。
图5-7所示的集电器带有用于支承集电体3的绝缘体4、底座17a和17b，以及位于电缆头正下方的枢轴机构13a和13b，电缆把从输电线1上收集到的电力供到车辆8。
当车辆8冲入和冲出隧道以及与其它车辆汇车时，集电体3上会发生动力提升，这种提升可利用装在支承集电体的绝缘体4正下方的枢轴机构13a跟随适应。因此，尽管在集电体3上出现动力提升，但是不会在枢轴机构13a上产生力矩。这样，枢轴机构13a起到稳定集电器的作用。另外，在导电体5正下方设置枢轴机构13b，能在不输送电力而将集电器收入拱罩时，最大限度地减小电缆12的移动量，电缆12是从导电体5的下端连接到车辆8上的。这样，就可以降低由于反复移动而引起的电缆金属芯损坏的可能性，其结果是，延长了电缆12的更换周期。
图8是本发明的集电器的底面图。在此例中，绝缘体4和导电体5之间沿车辆纵向的间距H为420mm，沿车辆横向的距离W为500mm。也就是说，W＝500mm表示偏置量。除非偏置是W大到一定程度，否则达不到降噪效果。如图8所示，导电体5设置成被集电体3盖住，这样就能防止由电弧以及供电线1和滑触头2间的摩擦所产生的细金属粉末四处飞扬并粘附到导电体5的表面上。这样就能防止导电体5的表面发生故障，从而起到了提高其绝缘可靠性的作用。另外，从降低气动噪声的观点来考虑，还希望通过最短的路径将导电体5和集电体3连起来(如图17所示)。
图9示出了相对的声强(dB)与频率的关系曲线，这是根据在风洞试验中测到的常规集电器和本发明的集电器发出的实际噪声所绘制的。所述的常规集电器是用于“新干线”“Nozomi”车辆上的那种低架交叉型集电器(lower-frame crossing type)。在本发明的集电器中，圆柱形绝缘体4和偏置的导电体5设置在三角形集电体3的正下方。在图9中，白菱形符号表示常规集电器的试验结果，白三角形符号表示本发明集电器的试验结果。由图可见，本发明集电器的总的(OA)相对声压值比常规集电器的低大约19分贝(dB)，表明本发明集电器具有很高的降噪性能。
图10-15示出了本发明的又一种实施例。图10-12分别是一种集电器的透视、正面和侧面图，此种集电器具有一公用底座17，它支承着一绝缘体4和一导电体5、图13-15分别是一种集电器的透视、正面和侧面图，这种集电器具有分别用于支承绝缘体4和导电体5的底座17a和17b。在此实施例中，绝缘体4和导电体5的与车辆地板平行的断面为流线形的。利用绝缘体4和导电体5上的这种流线形断面，使气流通过它们时比通过常规的圆柱形绝缘体4和导电体5时要平稳，因此可抑制气动噪声的形成，最终可制成低噪集电器。
当采用这种形式的绝缘体4时，其优点与绝缘体4的边壁长度有关，此边壁长度指的是绝缘体4的轴向断面的一侧的外轮廓线的总长，它是绝缘体4的一个重要指标，下面对此进行说明。在使用常规的圆柱形绝缘体4的情况下，当车辆高速运行时，在绝缘体4的下游侧产生一低压平面。为了防止由压力降造成的破坏，至今是对边臂距离作过度估算，以平衡此压力降。然而，绝缘体4周围的某些设备条件可能不允许为了增加该边壁距离而加大绝缘体4的尺寸。在这种情况下，可以通过使绝缘体4流线化而防止在其下游侧出现静压力极低的区域，这样不仅可以防止由压降造成的破坏，而且还能最大限度地减小边壁距离的增加。将上述构形用于导电体5，可达到类似的效果。
图16-19表示了本发明的又一种实施例。图16-18分别是这种集电器的透视、正面、侧面图。这种集电器具有一个位于集电体3和绝缘体4之间的流线形光滑的接头16。图19是从车辆8朝着供电线1看去的集电体3的底视图。绝缘体4和导电体5的断面与图10-15所示的相似。集电体3和绝缘体4之间的流线形接头16的作用是要防止形成锐角。如果集电体3和绝缘体4以一锐角相接，则将产生二次气流，并由此增大运行阻力。另外，当靠近壁面的气流急剧变化时，随着气流变化所伴随的压力波动，就易于产生气动器噪声。由于集电体3和绝缘体4之间的接头16是流线形的，与使用常规的圆柱形绝缘体4相比，在绝缘体4下游侧形成的背流能被进一步减小。这将有助于降低集电体3从车辆8朝向供电线1的动力提升，这种提升是由绝缘体4使气流减速造成的速度差而引起的。
另外，如图17所示，导电体5朝着供电线1的端部与集电体3之间的距离大于集电体3和绝缘体4之间的接头16的长度。由于导电体5没设置在绝缘体4的下游侧，所以靠近导电体5的气流引起侧向不平衡的动力提升波动，这会在集电体3上产生倾斜力距。为了避免这个问题，导电体5离开集电体3一定距离，以阻止在集电体3上产生倾斜力距，这种倾斜力距是由集电体3下游侧的气流扰动造成的。这样就可以制成更稳定的集电器。
图20表示了本发明的另一种集电器。其中柔性导体11的横断面(沿图17中C-C线截取，垂直于柔性导体11的纵向)是流线形的，柔性导体11从集电体3延伸到导电体5。由于柔性导体11比集电体3的其它元件细，所以柔性导体11下游侧的气流被认为是形成一股强烈的二次气流。因此，通过使柔性导体11的垂直于其纵向的横断面流线化，来防止在柔性导体11的下游侧形成易于成为气动噪声源的卡曼(Karman)涡流，从而有利于抑制噪声。而且，可以根据情况仅使用一个滑触头2。
图21表示了本发明的另一种集电器。集电体3由绝缘体4支承成向前倾斜的状态。由于集电体3由绝缘体4通过一公共底座17支承，流过集电体3朝着车辆8一侧的气流被绝缘体4减速。因此，在流过集电体3朝着供电线1一侧的气流与流过集电体3朝着车辆8一侧的气流之间，存在着一流速差。结果，使集电体3产生一由车辆8一侧向供电线1一侧的动力提升，这样就对集电体的稳定的集电性能带来不良影响。通常，翼板的动力提升系数是随着仰角的增大而急剧变化的，当仰角改变2-4度时，作用在翼板上的动力提升增加3-5倍。因此，如图21所示，集电体3由绝缘体4支承成朝车辆8运行方向倾斜，并且在集电体3和绝缘体4之间用接头16作支承点。这样，在车辆8高速运行时，就可减小对集电体3的稳固的动力提升，同时，当车辆8通过隧道时，可以降低集电体3的剧烈的动力提升波动。这样就可以防止集电性能变坏。由于集电体3在作为支承点的位于集电体3和绝缘体4之间接头16的支承下向前倾斜，所以绝缘体4上的每个翅片基本上平行于气流方向。结果是抑制了绝缘体4翅片产生的气动噪声。
图22表示了本发明的另一种集电器。与图21所示的实施例类似，图22所示的实施例也是要减小对集电体3的动力提升。为了减小作用在集电体3上的动力提升，绝缘体4朝着车辆运行方向向前倾斜。枢轴机构13作为一个支承点在将集电器装入拱罩时起作用。另外，翅片4a相对于绝缘体的轴向倾斜一预定角度，使其在装配到绝缘体4和导电体5之前与车辆的地板平行，从而将翅片设置成平行于气流方向。在此实施例中，如果使用中的翅片垂直于绝缘体和导电体的轴向，则绝缘体4的每个翅片就会相对于气流方向形成一个角度。这样的话，在翅片4a的上游侧，撞击并脱离翅片的气流将会撞击绝缘体4的轴，由此就易于使翅片成为一个气动噪声源。然而根据本发明的实施例，通过使绝缘体4向前倾斜一个角度，以减小作用在集电体3上的稳固的动力提升，并且进一步通过使翅片4a与气流方向平行，就可以降低噪声。在此结构中，位于绝缘体4下端的枢轴机构13作为支承点。
还能通过将导电体5朝着车辆侧的端部做成弯曲的端面，来降低该端部产生的旋风声。
图23表示了本发明的又一种集电器。设计这种实施例时考虑到了这样一个问题，即由于在车顶上设置了拱罩10，所以从车辆8一侧朝着供电线1一侧向上吹起的气流19会撞击该集电器。为了防止绝缘体4的翅片4a产生气动噪声，使翅片4a沿车辆运行方向相对于绝缘体4的轴向倾斜一预定角度，以使翅片基本上平行于靠近集电器的气流方向。因此，每个翅片的方向设计成与流过拱罩的气流相平行，从而起到减小翅片对气流的干扰进而降低噪声的效果。当绝缘体和导电体沿车辆横向偏置时，这种实施例进一步增强了降噪效果。
图24和25表示了本发明的另一种集电器。滑触头2装在集电体3朝向供电线1的一侧，并连到一弹簧机构20上。弹簧机构20装在滑触头2的正下面，用于使滑触头能跟随供电线1的垂直运动，每个滑触头2与集电体3之间留有一定空隙，并且在集电体3朝向车辆8一侧的靠近滑触头2的地方设有排水孔18，用来防止从上述空隙进入集电体3的雨水和雪等滞留在集电体3中。排水孔18的形状应设计成不应因其存在而产生共振。这样可使整个集电体3不受腐蚀。
附带指出的是，当将绝缘体和导电体沿车辆的横向偏置时，这种实施例所带来的效果是显而易见的。
如上所述，通过将绝缘体和导电体沿车辆的横向偏移地设置，在车辆高速运行时，本发明集电器产生的气动噪声就能被显著地降低。另外，由于通过使集电体3沿气流占据有利的位置而可以降低施加到集电体3上的动力提升，所以可为各种高速铁路车辆提供适用的集电器。
权利要求
1.一种用于铁路车辆的集电器，它包括一个用于从供电线上集取电力的集电体；一个用于将所述集电体绝缘并支承在车辆上的绝缘体；和一个用于将所述集电体收到的电力传导给一个荷载的导电体；其中，所述导电体和绝缘体沿着所述车辆的横向间隔一预定距离设置。
2.一种用于铁路车辆的集电器，它包括一个用于从供电线上集取电力的集电体；一个用于将所述集电体绝缘并支承在车辆上的绝缘体；和一个用于将所述集电体收到的电力传导给一个荷载的导电体；其中，所述绝缘体和导电体各具有一个外伸轴形的中央部分和多个以一定间隔设置的翅片，所述翅片大于所述中央部分的直径，至少所述绝缘体和导电体之一的所述翅片相对于其所述中央部分的轴向按一预定角度装配在所述中央部分上。
3.一利用于铁路车辆的集电器，它包括一个用于从供电线上集取电力的集电体；一个用于将所述集电体绝缘并支承在车辆上的绝缘体；和一个用于将所述集电体收到的电力传导给一个荷载的导电体；其中，所述集电体和绝缘体沿所述车辆的横向以一定间距设置，所述绝缘体和导电体各具有一个外伸轴形的中央部分和多个以一定间隔设置的翅片，所述翅片大于所述中央部分的直径，至少所述绝缘体和导电体之一的所述翅片相对于其所述中央部分的轴向按一预定角度装配在所述中央部分上。
4.根据权利要求1的集电器，其特征是至少所述绝缘体和导电体之一具有平行于所述车辆地板平面的流线形断面。
5.根据权利要求1的集电器，其特征是所述导电体朝向所述供电线的端部具有一个弯曲的表面。
6.一种用于铁路车辆的集电器，它包括一个用于从供电线集取电力的集电体；一个用于将所述集电体绝缘并支承在车辆上的绝缘体；和一个用于将所述集电体收到的电力传导给一个荷载的导电体；其中还包括一个位于所述绝缘体和集电体之间的接头，所述接头具有一个弯曲的表面。
7.根据权利要求6的集电器，其特征是在所述导电体朝向所述集电体的端部和所述集电体之间留有一定的空隙。
8.一种用于铁路车辆的集电器，它包括一个用于从供电线集取电力的集电体；一个用于将所述集电体绝缘并支承在车辆上的绝缘体；和一个用于将所述集电体收到的电力传导给一个荷载的导电体；其中还包括一个用于将所述集电体收到的电力传导给所述的导电体的柔性导体，所述柔性导体沿其纵向具有流线形的垂直断面。
9.一种用于铁路车辆的集电器，它包括一个用于从供电线上集取电力的集电体；一个用于将所述集电体绝缘并支承在车辆上的绝缘体；和一个用于将所述集电体收到的电力传导给一个荷载的导电体；其中，所述集电体沿所述车辆运行方向朝前倾斜。
10.一种用于铁路车辆的集电器，它包括一个用于从供电线上集取电力的集电体；一个用于将所述集电体绝缘并支承在车辆上的绝缘体；和一个用于将所述集电体收到的电力传导给一个荷载的导电体；其中，所述集电体带有排水孔。
11.根据权利要求2的集电器，其特征是至少所述绝缘体和导电体之一具有平行于所述车辆地板平面的流线形断面。
12.根据权利要求2的集电器，其特征是所述导电体朝向所述供电线一侧的端部具有弯曲的表面。
13.根据权利要求3的集电器，其特征是至少所述绝缘体和导电体之一具有平行于所述车辆地板平面的流线形断面。
14.根据权利要求3的集电器，其特征是所述导电体朝向所述供电线一侧的端部具有弯曲的表面。
全文摘要
一种用于铁路车辆的集电器，它具有用于从供电线1上集取电力的滑触头2，一个用于保持电力的集电体3，一个用于绝缘并支承该集电体的绝缘体4，以及一个用于将集电体收到的电力传导给一个荷载的导电体5。其中导电体和绝缘体沿着车辆的横向间隔一定距离设置。
文档编号B60L5/22GK1109424SQ9411758
公开日1995年10月4日 申请日期1994年10月26日 优先权日1993年10月26日
发明者小林健治, 高野靖, 饭田明由, 池川昌弘, 萩原修哉, 服部守成 申请人:株式会社日立制作所