KR100307501B1

KR100307501B1 - 경량전철 제3궤조 집전장치

Info

Publication number: KR100307501B1
Application number: KR1019990031331A
Authority: KR
Inventors: 김연수; 정락교; 박성혁
Original assignee: 안우희; 한국철도기술연구원
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-09-13
Also published as: KR20010011797A

Abstract

본 발명은 경량전철 제3궤조 집전장치에 관한 것으로, 본 발명은 주행 궤도를 따라 움직이는 차량에 결합되는 유압실린더와, 소정의 형상으로 형성된 제1,2 몸체가 관절 움직임 가능하도록 연결핀에 의해 힌지 결합됨과 아울러 상기 제1 몸체가 상기 유압실린더에 결합되어 유압실린더의 작동에 의해 직선 운동하는 관절형 지지수단과, 상기 관절형 지지수단의 제1,2 몸체사이에 각각 결합되어 제2 몸체가 연결핀을 축으로 하여 움직이는 움직임을 탄성적으로 지지하는 복수개의 탄성부재와, 상기 관절형 지지수단의 제2 몸체에 연결되도록 결합됨과 아울러 전력에너지가 공급되는 가선에 접촉되도록 결합되어 상기 가선으로부터 전력에너지가 전달되는 집전슈우와, 상기 집전슈우와 제2 몸체사이에 위치하도록 결합되어 전기적 절연을 이루는 절연부재를 포함도록 구성하여 차량의 주행과정에서 발생되는 거동에 능동적으로 작용하도록 하여 가선과 집전슈우사이의 접촉력을 항상 일정하게 유지함으로써 고가인 집전슈우의 마모량을 최소화함과 아울러 가선과 집전슈우사이의 이선 현상을 방지하여 유지보수 비용을 감소시키고 차량에 안정적인 전력에너지를 공급할 수 있도록 한 것이다.

Description

경량전철 제3궤조 집전장치{THIRD RAIL CURRENT COLLECTOR FOR LIGHT RAIL TRANSIT}

본 발명은 경량전철 제3궤조 집전장치에 관한 것으로, 특히 차량이 주행하는 주행 상태에 능동적으로 작용하여 가선과 일정한 접촉력을 유지하도록 하여 부품의 마모를 최소화할 뿐만 아니라 차량으로 전력에너지를 안정적으로 공급할 수 있도록 한 경량전철 제3궤조 집전장치에 관한 것이다.

일반적으로 전철은 전력에너지를 동력원으로 하여 승객 또는 화물을 운송하는 시스템으로, 그 구성은 주행 노선에 설치되는 주행 궤도, 즉 주행 레일과 상기 주행 레일을 따라 움직이면서 승객을 수송하는 차량과 상기 주행 레일을 따라 설치되어 외부의 전력에너지가 공급되는 가선(CONDUCTOR RAIL)과 상기 가선과 접촉된 상태로 차량에 장착되어 가선으로 공급되는 전력에너지를 차량으로 공급하는 집전수단을 포함하여 구성된다.

상기 가선으로부터 전력에너지를 공급받는 집전수단은 그 유형에 따라 카테너리(CATENARY) 가공선 방식과 제3궤조 방식으로 분류된다. 상기 카테너리 가공선 방식은 주로 기존의 지하철에 적용되는 방식으로 차량의 지붕에 설치된 판토그라프가 전차선(트로리선)과 미끄럼 접촉을 통해 전력에너지를 공급받는 방식이며, 상기 제3궤조 방식은 주로 경량전철에 적용되는 방식으로 주행 궤도 측면 또는 중앙에 설치된 강체 가선과 집전장치의 미끄럼 접촉으로 전력에너지를 공급받는 방식이다.

상기 제3궤조 방식이 적용되는 경량전철은 5 ~ 15Km의 비교적 단거리 노선이면서 수송수요가 집중되어 있는 지역에 양질의 승객서비스와 경제적인 건설비 투자효과의 특성을 가지고 있으며 특히 중량 지하철로 처리하기에는 충분한 수송수요가 예측되지 않고 버스 등의 대중교통수단으로는 수송수요를 만족하지 못하는 지역에 적합한 중간규모의 도시철도 시스템이다. 이와 같은 경량전철 시스템은 몇몇 선진국에서 도입하고 있으며 아직 국내에서는 도입하고 있지 않은 상태이나 그 도입시기가 도래하고 있다.

상기 경량전철에서 핵심기술 중의 하나는 주행 레일을 따라 설치된 가선과 접촉된 상태로 차량에 장착되어 가선으로 공급된 전력에너지를 차량으로 공급하는 집전장치이다. 상기 집전장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 가선(10)이 차량(20)의 하측에 위치하도록 주행 레일(30)을 따라 설치된 상태에서 가선(10)과 접촉되도록 차량(20)의 하면에 장착하는 방식과, 도 2에 도시한 바와 같이, 가선(10)이 차량(20)의 측부에 위치하도록 주행 레일(30)을 따라 설치된 상태에서 가선(10)과 접촉되도록 차량(20)의 측면에 장착하는 방식 등이 있다.

상기 차량(20)에 장착되는 제3궤조 집전장치는 차량(20)의 주행 중 주행 궤도의 형태나 운전 상태에 의해 발생되는 상하,좌우 방향의 거동에 능동적으로 대응하여 강체 가선(10)과 설정된 접촉상태, 즉 접촉력을 일정하게 유지하여야 한다. 만일 집전장치와 강체 가선(10)의 접촉력이 과도하게 작용할 경우 강체 가선(10)과 미끄럼 마찰 접촉을 하는 집전장치의 집전슈우가 편마모 현상을 일으켜 고가인 집전슈우의 수명을 단축시킴으로써 경량전철 시스템의 유지보수 비용을 상승시키며 아울러 차량(20)의 안정적인 전력에너지 공급에 문제를 발생시켜 고전압 장치에 악영향을미치게 되므로 결국에는 차량부품의 수명단축과 차량성능에 문제를 발생시킨다. 특히 눈, 비 등의 기후적인 영향을 받게 되면 집전슈우의 마모량이 급증하게 된다.

또한 집전장치와 강체 가선(10)사이의 접촉력이 일정 상태를 유지하지 못하게 되면 강체 가선(10)과 집전장치를 구성하는 집전슈우가 순간적으로 이선(Interruption)되는 현상이 발생하여 집전슈우의 전기적 마모를 증가시키고, 아크를 발생시켜 차량(20)에 공급되는 전력에너지를 불안정하게 함으로써 전장품의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라 차량성능을 저하시킨다.

도 3은 상기 집전장치의 종래 구조에 대한 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이 종래 집전장치는 주행 궤도를 따라 설치되는 가선(10)과 미끄럼 접촉되는 집전슈우(40)가 가선(10)과 접촉되며 상기 집전슈우(40)에 전기적인 절연체인 절연부재(41)가 결합되고 상기 집전슈우(40)와 차량(20)을 연결하는 소정 형상의 지지부재(42)가 차량(20)에 회전 가능하도록 결합되며 상기 지지부재(42)에 회전 토오크를 주어 집전슈우(40)가 가선(10)과 접촉력을 갖도록하는 코일스프링(43)이 결합된 구조로 이루어져 있다. 상기 집전슈우(40)는 소정의 형상으로 형성되며 그 일측에 가선(10)으로부터 공급받는 전력에너지를 차량(20)에 공급하는 와이어(미도시)가 연결되어 있다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 집전장치는 차량(20)이 주행하는 주행 레일(30)이 곡선을 이루는 부분에서 차량(20)의 휠(21)과 주행 레일(30)과의 관계로 좌우 거동이 발생하게 되면 가선(10)과 미끄럼 접촉되는 집전슈우(40)사이의 접촉력이 증가하게 되는데 이에 능동적으로 작동하지 못하게 되어 집전슈우(40)의 마모량이 증가하게 됨으로써 고가인 집전슈우(40)의 교체주기가 짧아 유지보수 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한 상기 집전장치는 경량전철 시스템이 도입되는 각 나라의 지리적 환경 및 기후적 환경에 따라 다양한 형태로 개발되고 있으나 그 형태마다 장,단점을 지니고 있다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 차량이 주행하는 주행 상태에 능동적으로 작용하여 가선과 일정한 접촉력을 유지하도록 하여 부품의 마모를 최소화할 뿐만 아니라 차량으로 전력에너지를 안정적으로 공급할 수 있도록 한 경량전철 제3궤조 집전장치를 제공함에 있다.

도 1,2는 일반적인 경량전철의 집전장치 장착위치를 각각 도시한 경량전철 시스템의 정면도,

도 3은 종래 경량전철 제3궤조 집전장치를 도시한 정면도,

도 4는 본 발명의 경량전철 제3궤조 집전장치를 도시한 정면도,

도 5a,5b,5c는 본 발명의 경량전철 제3궤조 집전장치를 구성하는 관절형 지지수단의 평면도, 정면도 그리고 측면도,

도 6,7은 본 발명의 경량전철 제3궤조 집전장치의 작동상태를 도시한 정면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 ; 가선 20 ; 차량

50 ; 유압실린더 60 ; 관절형 지지수단

61 ; 제1 몸체 61a ; 제1 몸체 몸체부

61b ; 제1 몸체 보스부 61c ; 제1 몸체 핀공

62 ; 제2 몸체 62a ; 제2 몸체 몸체부

62b ; 제2 몸체 삽입부 62c ; 제2 몸체 핀공

63 ; 연결핀 70 ; 절연부재

80 ; 탄성부재 90 ; 집전슈우

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 주행 궤도를 따라 움직이는 차량에 결합되는 유압실린더와, 소정의 형상으로 형성된 제1,2 몸체가 관절 움직임 가능하도록 연결핀에 의해 힌지 결합됨과 아울러 상기 제1 몸체가 상기 유압실린더에 결합되어 유압실린더의 작동에 의해 직선 운동하는 관절형 지지수단과, 상기 관절형 지지수단의 제1,2 몸체사이에 각각 결합되어 제2 몸체가 연결핀을 축으로 하여 움직이는 움직임을 탄성적으로 지지하는 복수개의 탄성부재와, 상기 관절형 지지수단의 제2 몸체에 연결되도록 결합됨과 아울러 전력에너지가 공급되는 가선에 접촉되도록 결합되어 상기 가선으로부터 전력에너지가 전달되는 집전슈우와, 상기 집전슈우와 제2 몸체사이에 위치하도록 결합되어 전기적 절연을 이루는 절연부재를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 경량전철 제3궤조 집전장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 경량전철 제3궤조 집전장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 경량전철 제3궤조 집전장치는, 도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 주행 궤도를 따라 움직이는 차량(20)에 유압실린더(50)가 장착되며 상기 유압실린더(50)는 공압실린더가 적용됨이 바람직하다. 그리고 상기 유압실린더(50)의 작동에 의해 직선 운동하는 관절형 지지수단(60)이 유압실린더(50)에 결합된다. 상기 관절형 지지수단(60)은, 도 5a, 5b, 5c에 도시한 바와 같이, 소정의 형상으로 형성된 제1,2 몸체(61)(62)와 상기 제1,2 몸체(61)(62)를 힌지 결합하는 연결핀(63)으로 구성된다. 상기 제1 몸체(61)는 소정의 면적을 갖도록 형성되어 차량(20)에 결합되는 몸체부(61a)의 중간에 소정의 면적을 갖는 보스부(61b)가 일정 간격을 두고 각각 형성되며 상기 보스부(61b)에 상기 연결핀(63)이 삽입되는 핀공(61c)이 각각 형성되어 이루어진다. 그리고 상기 제1 몸체(61)는 볼트 또는 리벳 등의 체결수단에 의해 차량(20)에 체결 고정된다. 상기 제2 몸체(62)는 소정의 면적을 갖도록 형성되어 상기 절연부재(70)가 결합되는 몸체부(62a)의 가운데에 상기 제1 몸체(61)의 보스부(61b)사이에 삽입되도록 삽입부(62b)가 형성되고 상기 삽입부(62b)에 연결핀(63)이 삽입되는 핀공(62c)이 형성되어 이루어진다. 그리고 상기 연결핀(63)은 소정의 길이를 갖도록 형성되며 상기 핀공(61c)(62c)의 내경에 상응하는 외경을 갖도록 형성된다. 이와 같이 구성된 관절형 지지수단(60)은 제1 몸체(61)의 보스부사이에 제2 몸체의 삽입부(62b)가 삽입되어 보스부의 핀공(61c)과삽입부의 핀공(62c)이 일치된 상태에서 그 핀공(61c)(62c)에 연결핀(63)이 삽입되어 결합되며, 상기 제1 몸체(61)는 유압실린더(50)에 결합되고 상기 제2 몸체(62)는 상기 절연부재(70)에 결합된다.

그리고 상기 관절형 지지수단(60)의 제1,2 몸체(61)(62)사이에 제2 몸체(62)가 연결핀(63)을 축으로 하여 움직이는 움직임을 탄성적으로 지지하도록 복수개의 탄성부재(80)가 결합된다. 상기 탄성부재(80)는 상기 연결핀(63)의 양측에 각각 두 개씩 소정의 간격을 갖도록 결합되며 상기 탄성부재(80)는 코일스프링이 적용됨이 바람직하다.

상기 관절형 지지수단(60)의 제2 몸체(62)와 결합되는 절연부재(70)는 일정 두께와 소정의 면적을 갖도록 형성된다. 그리고 상기 제2 몸체(62)와 결합되는 절연부재(70)에 이어 소정의 형상을 갖는 집전슈우(90)가 결합되며 상기 집전슈우(90)는 주행 궤도를 따라 설치되어 외부로부터 전력에너지가 공급되는 가선(10)과 접촉되도록 결합된다. 상기 집전슈우(90)의 크기와 모양은 경량전철에서 요구되는 전력에너지의 크기에 따라 결정되며 그 소재는 철계소결합금, 동계소결합금, 금속함침카본이 사용되고 있다. 그리고 상기 집전슈우(90)에 가선(10)으로부터 공급되는 전력에너지를 차량(20)에 전달하는 와이어(100)가 연결된다.

미설명 부호 101은 체결 볼트이다.

이하, 본 발명의 경량전철 제3궤조 집전장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명의 집전장치는 차량(20)에 장착됨과 아울러 집전장치를 구성하는집전슈우(90)가 주행 궤도를 따라 설치된 가선(10)에 접촉되도록 설치된다. 상기 가선(10)은 차량(20)의 측부에 위치하도록 설치되며 상기 집전슈우(90)의 접촉면이 가선(10)의 접촉면과 수평선상에 위치하도록 접촉됨과 아울러 집전슈우(90)의 길이 방향이 가선(10)의 길이 방향으로 위치하도록 설치됨이 바람직하다. 그리고 상기 집전슈우(90)와 가선(10)의 접촉력은 유압실린더(50)에 의해 조절되며 상기 유압실린더(50)는 별도로 설치되는 제어기에 의해 제어된다.

이와 같이 집전장치가 장착된 차량(20)은 외부에서 가선(10)으로 공급되는 전력에너지가 집전슈우(90)를 통해 차량(20)에 공급되며 그 공급된 전력에너지에 의해 차량(20)의 구동장치 및 전장품 등 기타 구성 부품이 작동하여 주행 궤도를 따라 주행하게 되고 차량(20)의 주행 중에도 가선(10)으로 공급되는 전력에너지가 집전장치를 통해 차량(20)에 공급되어 차량(20)이 주행하게 된다. 상기 집전장치는 유압실린더(50) 및 탄성부재(80)에 의해 설정된 압력을 집전슈우(90)에 가하게 되어 집전슈우(90)가 가선(10)과 일정한 접촉력을 유지한 상태로 접촉하게 된다. 그리고 차량(20)이 주행 궤도, 즉 주행 레일(30)을 주행 중 주행 레일(30)의 형태 및 설치 상태 등에 따라 상하, 좌우 방향의 거동이 발생하게 되며 특히 주행 레일(30)의 곡선 부분에서 차량(20) 및 레일(30)의 특성에 의해 좌우 거동이 발생하게 된다. 이때 차량(20)이, 도 6에 도시한 바와 같이 가선(10)측으로 움직이게 되어 가선(10)과 접촉상태에 있는 집전슈우(90)가 설정된 이상의 접촉력으로 가선(10)에 작용하게 되면 집전슈우(90)에 압력을 가하는 유압실린더(50)의 압력을 감소시켜 설정된 압력상태로 가선(10)과 집전슈우(90)의 접촉력을 유지하게 되며, 또한 차량(20)이, 도 7에도시한 바와 같이 가선(10)의 반대측으로 움직이게 되어 집전슈우(90)와 가선(10)의 접촉력이 약하게 되면 집전슈우(90)를 가압하는 유압실린더(50)의 가압력을 높여 가선(10)과 집전슈우(90)의 접촉력을 설정된 상태로 유지하게 된다. 그리고 차량(20)이 정지하고 이어 주행하는 과정에서 차량(20)의 가감속에 의해서 차량(20)에 관성이 작용하게 되며 이때 집전슈우(90)가 가운데를 중심으로 움직일 경우 관절형 지지수단(60)의 제1,2 몸체사이에 연결핀(63)을 중심으로 양측에 위치하는 탄성부재(80)의 탄성력에 의해 조절되어 가선(10)과 집전슈우(90)가 일정한 접촉력을 유지하게 된다.

이와 같은 작동 메카니즘으로 본 발명의 집전장치는 차량(20)이 주행 레일(30)을 주행하는 과정에서 발생되는 거동에 대하여 능동적으로 작용하여 가선(10)과 집전슈우(90)사이의 접촉력을 항상 일정 상태로 유지하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 경량전철 제3궤조 집전장치는 차량이 주행 궤도를 주행하는 과정에서 주행 레일의 형태 및 주행 상태에 의해 발생되는 거동에 대하여 능동적으로 작용하여 가선과 집전슈우사이의 접촉력을 항상 일정한 상태로 유지하게 됨으로써 집전슈우의 편마모 및 마모를 최소화하게 되므로 고가인 집전슈우의 사용량을 감소시킴과 아울러 집전슈우의 교체주기를 길게 하여 유지보수비용을 감소시키게 되며, 또한 가선과 집전슈우사이의 접촉력을 항상 일정한 상태로 유지하게 됨으로써 가선과 집전슈우사이의 이선 현상을 최소화하게 되어 전기적 마모 및 아크 발생을 억제하게 되므로 차량으로 공급되는 전력에너지를 안정적으로 공급하게 되어 차량의 구동을 안전하게 할 뿐만 아니라 차량 전장품의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

주행 궤도를 따라 움직이는 차량에 결합되는 유압실린더와, 소정의 형상으로 형성된 제1,2 몸체가 관절 움직임 가능하도록 연결핀에 의해 힌지 결합됨과 아울러 상기 제1 몸체가 상기 유압실린더에 결합되어 유압실린더의 작동에 의해 직선 운동하는 관절형 지지수단과, 상기 관절형 지지수단의 제1,2 몸체사이에 각각 결합되어 제2 몸체가 연결핀을 축으로 하여 움직이는 움직임을 탄성적으로 지지하는 복수개의 탄성부재와, 상기 관절형 지지수단의 제2 몸체에 연결되도록 결합됨과 아울러 전력에너지가 공급되는 가선에 접촉되도록 결합되어 상기 가선으로부터 전력에너지가 전달되는 집전슈우와, 상기 집전슈우와 제2 몸체사이에 위치하도록 결합되어 전기적 절연을 이루는 절연부재를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 경량전철 제3궤조 집전장치.
제1항에 있어서, 상기 관절형 지지수단을 구성하는 제1 몸체는 소정의 면적을 갖도록 형성되어 차량에 결합되는 몸체부의 중간에 소정의 면적을 갖는 보스부가 일정 간격을 두고 각각 형성되며 상기 보스부에 상기 연결핀이 삽입되는 핀공이 각각 형성되어 이루어지고, 상기 제2 몸체는 소정의 면적을 갖도록 형성되어 상기 절연부재가 결합되는 몸체부의 가운데에 상기 제1 몸체의 보스부사이에 삽입되도록 삽입부가 형성되고 상기 삽입부에 연결핀이 삽입되는 핀공이 형성되어 이루어지며, 상기 연결핀은 소정의 길이를 갖도록 형성되며 상기 핀공의 내경에 상응하는 외경을 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 경량전철 제3궤조 집전장치.
제1항에 있어서, 상기 탄성부재는 상기 연결핀의 양측에 각각 두 개씩 소정의 간격을 갖도록 결합됨을 특징으로 하는 경량전철 제3궤조 집전장치.