KR101272135B1 - 전동차용 팬터그래프 - Google Patents

전동차용 팬터그래프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전차선으로부터 전력을 집전하기 위한 전동차용 팬터그래프를 개시한다. 본 발명에 따른 전동차용 팬터그래프는 전동차의 지붕과 전차선 사이에서 승강할 수 있도록 지붕에 장착되어 있는 가동기구를 구비한다. 본 발명은 가동기구의 상부에 전동차의 폭 방향을 따라 장착되어 있고 상면 중앙에 상방이 트인 홈이 폭 방향을 따라 형성되어 있으며, 전차선과 미끄럼 접촉되도록 상면 중앙에 홈을 기준으로 제1 볼록면과 제2 볼록면이 각각 형성되어 있는 주습판과, 홈에 장착되어 있고, 전차선과 미끄럼 접촉되어 전차선에 윤활제를 도포하도록 상면 중앙에 제3 볼록면이 형성되어 있는 고체윤활판과, 고체윤활판이 전차선과 접촉되는 방향으로 고체윤활판을 탄성편향시키도록 주습판과 고체윤활판 사이에 장착되어 있는 스프링으로 구성된다.

Description

전동차용 팬터그래프{PANTAGRAPH FOR ELECTRIC RAIL CAR}
본 발명은 전동차용 팬터그래프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전차선으로부터 전력을 집전하기 위한 전동차용 팬터그래프에 관한 것이다.
도시 교통 시스템은 전철, 지하철, 모노레일 시스템(Monorail system) 등을 기반으로 구축되어 있다. 전철, 지하철과 모노레일 시스템은 도시의 교통 혼잡과 환경 문제의 해결을 위하여 대중교통수단으로 선호되고 있다. 이러한 전철, 지하철 등 전동차의 지붕에는 공중에 가설되어 있는 전차선(Contact wire) 또는 가선(Trolley wire)으로부터 전력을 집전하기 위한 집전장치(Current collector)가 설치되어 있다. 집전장치는 다양한 방식과 구조로 개발되어 있으며, 팬터그래프가 보편적으로 사용되고 있다.
한국 등록특허 제10-0694309호의 팬터그래프 검사 장치 및 방법과 한국 등록특허 제10-0995910호의 팬터그래프 승강 제어장치에는 전동차용 팬터그래프의 구성이 개시되어 있다. 이 특허 문헌들의 전동차용 팬터그래프는 하부프레임(Lower frame), 가동기구로 상부프레임(Upper frame), 습판체(Collector shoe), 작동실린더(Operating cylinder)와 스프링 등으로 구성되어 있다. 전차선에 직접적으로 접촉되는 습판체는 주습판, 보조습판, 고체윤활제, 가이드혼 등으로 구성되어 있고, 주습판은 습동판, 팬터그래프 마찰판 등으로 부르고도 있다. 주습판은 구리와 탄소(Carbon) 또는 철계 소결합금, 알루미늄 합금을 소재로 제작되고 있다.
이와 같은 전동차용 팬터그래프는 노선의 구조에 따라 전차선의 높이가 변경되더라도 전차선과 주습판이 일정한 상태로 유지되면서 접촉해야 전력을 안정적으로 집전할 수 있다. 또한, 전동차의 고속 운행 시에도 전차선과 주습판이 떨어지지 않도록 설계 및 제작되는 것이 매우 중요하다.
상기한 바와 같은 전동차용 팬터그래프에 있어서 주습판은 전차선과의 지속적인 마찰에 의하여 마모가 필연적으로 발생되므로, 주기적으로 검사하여 새 것으로 교체해 주어야 한다. 주습판은 볼트들의 볼팅(Bolting)에 의하여 상부프레임에 고정되므로, 주습판의 교체 작업이 번거롭고 시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 특히, 고정 형태의 주습판은 전차선과의 마찰에 의하여 주습판과 보조습판의 마모량이 크게 발생되어 수명이 매우 짧은 문제가 있다. 또한, 고체윤활제에 의한 주습판과 보조습판의 마모 방지 효과도 미비한 문제가 있다.
이러한 주습판의 마모를 방지하기 위한 기술이 주습판에 적용되고 있다. 예컨대, 동계소결합금으로 제작되어 있는 주습판에는 전차선과의 마찰계수를 낮추기 위하여 전도성 윤활유를 함침시켜 사용하고 있다. 그러나 우기 시 등에는 수분이 전차선으로부터 윤활성분을 세척시켜 마찰계수를 증가시키고, 동(Cu) 성분을 산화시켜 마모를 촉진시키는 문제를 수반하고 있다.
한편, 주습판의 과다한 마모는 전차선과의 이선현상(Contact loss)을 발생시키는 원인이 되어 전동차의 안전적인 운행을 방해하고 주행성을 저하시키게 된다. 또한, 주습판의 표면이 편마모되는 경우, 전차선과의 접촉성이 저하되어 스파크(Spark) 또는 아크(Arc)를 발생시킬 뿐만 아니라, 주습판, 볼트들의 파손을 발생시켜 사고의 원인이 되는 문제가 있다. 따라서 주습판의 마모를 방지하면서도 전차선과 안정적으로 접촉할 수 있는 주습판의 개발이 시급히 요구되고 있으나, 이를 만족할 만한 주습판이 개발되지 못하고 있는 실정에 있다.
본 발명은 상기한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 전차선의 접촉성을 향상시킬 수 있는 전동차용 팬터그래프를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 마모를 방지하여 이선현상을 효과적으로 방지하고, 수명을 연장할 수 있는 전동차용 팬터그래프를 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 전동차의 지붕과 전차선 사이에서 승강할 수 있도록 지붕에 장착되어 있는 가동기구를 구비하는 전동차용 팬터그래프에 있어서, 가동기구의 상부에 전동차의 폭 방향을 따라 장착되어 있고, 상면 중앙에 상방이 트인 홈이 폭 방향을 따라 형성되어 있으며, 전차선과 미끄럼 접촉되도록 상면 중앙에 홈을 기준으로 제1 볼록면과 제2 볼록면이 각각 형성되어 있는 주습판과; 홈에 장착되어 있고, 전차선과 미끄럼 접촉되어 전차선에 윤활제를 도포하도록 상면 중앙에 제3 볼록면이 형성되어 있는 고체윤활판과; 고체윤활판이 전차선과 접촉되는 방향으로 고체윤활판을 탄성편향시키도록 주습판과 고체윤활판 사이에 장착되어 있는 스프링을 포함하는 전동차용 팬터그래프에 있다.
삭제
본 발명에 따른 전동차용 팬터그래프는 전차선과 주습판의 제1 및 제2 볼록면이 미끄럼 접촉되는 구조에 의하여 전차선과 주습판의 접촉성이 향상되고, 제1 및 제2 볼록면 사이에 배치되어 있는 고체윤활판의 제3 볼록면이 전차선에 윤활제를 도포하여 전차선과 주습판이 원활하게 미끄럼 접촉되므로, 전력을 안정적으로 집전할 수 있으며, 주습판의 마모와 이선현상이 방지되어 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 수명을 보장할 수 있는 매우 우수한 효과가 있다. 고체윤활판은 전차선에 대하여 탄성편향되어 전차선에 윤활제를 안정적으로 공급하므로, 주습판의 윤활성이 향상되어 마모를 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
삭제
도 1은 본 발명에 따른 전동차용 팬터그래프의 제1 실시예를 나타낸 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 전동차용 팬터그래프를 부분적으로 나타낸 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 제1 실시예의 전동차용 팬터그래프에서 집전롤러의 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 제1 실시예의 전동차용 팬터그래프에서 집전롤러의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제2 실시예의 전동차용 팬터그래프에서 집전롤러의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전동차용 팬터그래프의 제3 실시예를 부분적으로 나타낸 측면도,
도 7은 본 발명에 따른 제3 실시예의 전동차용 팬터그래프에서 주습판의 구성을 나타낸 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 제3 실시예의 전동차용 팬터그래프에서 주습판의 구성을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 전동차용 팬터그래프에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4에 본 발명에 따른 전동차용 팬터그래프의 제1 실시예가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 제1 실시예의 전동차용 팬터그래프(10)는 하부프레임(12)과 가동기구로 상부프레임(14)을 구비한다. 하부프레임(12)은 전동차(2)의 지붕에 고정적으로 장착된다. 상부프레임(14)은 하부프레임(12)의 상부에 장착되어 있다. 도 1에 가동기구로 상부프레임(14)은 공기압과 탄성력 등에 의하여 승강 또는 신축되는 마름모꼴의 링크구조(Link mechanism)로 구성되어 있는 더블암 방식(Double-arm type)의 팬터그래프가 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 팬터그래프(10)는 싱글암 방식(Single-arm)으로 구성될 수 있다. 또한, 상부프레임(14)의 링크구조는 필요에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 제1 실시예의 전동차용 팬터그래프(10)는 상부프레임(14)에 전동차(2)의 폭 방향을 따라 장착되어 있는 축(20)을 구비한다. 축(20)은 전도성을 갖는 도체로 구성되어 있다. 축(20)은 그 양단이 상부프레임(14)의 브래킷(14a)들에 고정되는 고정축으로 구성되어 있다.
집전롤러(Collector roller: 30)가 축(20)에 회전할 수 있도록 장착되어 있다. 집전롤러(30)의 중앙에 축(20)이 끼워지는 축구멍(32)이 형성되어 있다. 집전롤러(30)의 외면에 전차선(4)과 접촉되는 볼록면(34)이 둘레 방향을 따라 형성되어 있다. 집전롤러(30)는 외면 중앙에 형성되어 있는 볼록면(34)에 의하여 스페리컬 롤러(Spherical roller) 또는 배럴 롤러(Barrel roller)로 구성된다. 도 1과 도 2에 집전롤러(30)는 두 개가 상부프레임(14)에 장착되어 있는 것이 도시되어 있으나, 집전롤러(30)의 개수는 필요에 따라 증가될 수 있다.
한 쌍의 브러시(Brush: 40)들이 축(20)의 양측에 장착되어 있다. 브러시(40)들은 축(20)과 집전롤러(30)에 접촉되어 있고, 집전롤러(30)로부터 축(20)으로 전력을 통전시킨다. 축(20)에는 축(20)으로부터 전력을 출력하는 출력선(50)이 연결되어 있다. 한 쌍의 베어링(60)들이 집전롤러의 회전을 지지하기 위하여 축(20)과 집전롤러(30) 사이에 장착되어 있다.
이와 같은 구성을 갖는 제1 실시예의 전동차용 팬터그래프(10)는 집전롤러(30)가 전차선(4)과 구름-미끄럼 접촉(Rolling-sliding contact)되면서 전차선(4)으로부터 전력을 집전한다. 전력은 전차선(4)으로부터 집전롤러(30), 브러시(40)들, 축(20)과 출력선(50)을 통하여 흘러 전동차(2)의 운행에 사용된다.
한편, 전차선(4)과 집전롤러(30)의 구름-미끄럼 마찰에 의하여 마찰 저항이 크게 감소되므로, 집전롤러(30)의 마모가 방지되고, 소음 및 진동의 발생이 방지되어 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 특히, 전차선(4)과 집전롤러(30)의 구름 접촉(Rolling contact)에 의해서는 집전롤러(30)의 편마모가 방지된다.
또한, 전차선(4)의 높이가 노선의 구조에 따라 변경되는 경우, 집전롤러(30)의 볼록면(34)에 접촉되는 전차선(4)이 볼록면(34)의 좌우, 즉 집전롤러(30)의 길이 방향을 따라 미끄럼 이동되면서 높이 차이를 흡수하여 안정적으로 접촉된다. 따라서 전차선(4)과 집전롤러(30)의 접촉성이 향상되고, 이선현상이 방지되어 전동차(2)를 안정적으로 운행할 수 있게 된다.
도 5에 본 발명에 따른 전동차용 팬터그래프의 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 제2 실시예의 전동차용 팬터그래프(110)는 제1 실시예의 팬터그래프(10)와 마찬가지로 하부프레임(12), 상부프레임(14), 축(120), 집전롤러(130), 한 쌍의 브러시(140)들, 한 쌍의 출력선(150)들과 한 쌍의 베어링(160)들로 구성되어 있다.
상부프레임(14)에 장착되어 있는 축(120)은 전도성을 갖는 도체로 구성되어 있다. 축(120)의 양단은 베어링(160)들에 의하여 상부프레임(14)에 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 집전롤러(130)는 축(120)의 중앙에 축(120)과 함께 회전하도록 장착되어 있다. 집전롤러(130)의 중앙에 축(120)이 끼워져 고정되는 축구멍(132)이 형성되어 있다. 집전롤러(130)의 외면에 전차선(4)과 접촉되는 볼록면(134)이 둘레 방향을 따라 형성되어 있다. 축(120)의 양단에 한 쌍의 브러시(140)들이 장착되어 있다. 브러시(140)들은 집전롤러(130)의 양단과 베어링(160)들 사이에 배치되어 있다. 브러시(140)들과 베어링(160)들은 상부프레임(14)의 브래킷(14a)들에 장착되어 있다. 출력선(150)들은 전력의 출력을 위하여 브러시(140)들에 연결되어 있다.
이와 같은 구성을 갖는 제2 실시예의 전동차용 팬터그래프(110)에 있어서 집전롤러(130)의 볼록면(134)이 전차선(4)과 구름-미끄럼 접촉되면서 전차선(4)으로부터 전력을 집전한다. 전력은 전차선(4)으로부터 집전롤러(130), 축(120), 브러시(140)들과 출력선(150)들을 통하여 흘러 전동차(2)의 운행에 사용된다.
도 6 내지 도 8에 본 발명에 따른 전동차용 팬터그래프의 제3 실시예가 도시되어 있다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 제3 실시예의 팬터그래프(210)는 전동차(2)의 지붕에 고정적으로 장착되어 있는 하부프레임(12)과 하부프레임(12)의 상부에 승강 또는 접철이 가능하도록 장착되어 있는 가동기구로 상부프레임(14)을 구비한다.
주습판(220)이 상부프레임(14)의 상부에 전동차(2)의 폭 방향을 따라 장착되어 있다. 주습판(220)의 상면 중앙에 상방이 트인 홈(222)이 폭 방향을 따라 길게 형성되어 있다. 주습판(220)의 상면 중앙에 홈(222)을 기준으로 제1 볼록면(224)과 제2 볼록면(224)이 각각 형성되어 있다.
도 7과 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 고체윤활판(230)이 홈(222)에 승강할 수 있도록 장착되어 있다. 고체윤활판(230)의 상면 중앙에 제1 및 제2 볼록면(224, 226)과 동일한 곡률을 갖는 제3 볼록면(232)이 형성되어 있다. 고체윤활판(230)은 전도성을 갖는 고체윤활제로 구성되어 있다. 홈(222)의 상부에 고체윤활판(230)의 상면을 지지하여 구속하는 스토퍼(Stopper: 228)가 장착되어 있다.
복수의 스프링(240)들이 그 탄성력에 의하여 고체윤활판(230)을 상방으로 탄성편향(Elastic bias)시킬 수 있도록 홈(222)의 바닥과 고체윤활판(230) 사이에 장착되어 있다. 스프링(240)들은 코일스프링(Coil spring)으로 구성되어 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 제3 실시예의 전동차용 팬터그래프(210)는 제1 및 제2 볼록면(224, 226)이 전차선(4)과 미끄럼 접촉되면서 전차선(4)으로부터 전력을 집전한다. 제1 및 제2 볼록면(224, 226) 사이의 제3 볼록면(232)은 전차선(4)과 미끄럼 접촉되면서 전차선(4)의 표면에 고체윤활제를 도포한다.
특히, 고체윤활판(230)은 전차선(4)에 대하여 탄성편향되어 전차선(4)에 고체윤활제를 안정적으로 공급하므로, 주습판(220)의 윤활성이 향상된다. 따라서 고체윤활제가 도포되어 있는 전차선(4)과 제1 및 제2 볼록면(224, 226)의 마찰 저항이 감소되어 주습판(220)의 마모가 방지되고, 소음 및 진동의 발생이 방지되어 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 전차선(4)의 높이가 노선의 구조에 따라 변경되는 경우, 제1 및 제2 볼록면(224, 226)과 제3 볼록면(232)에 접촉되는 좌우로 미끄럼 이동되면서 높이 차이를 보상하여 안정적으로 접촉된다. 따라서 전차선(4)과 주습판(220)의 접촉성이 향상되고, 이선현상이 방지되어 전동차(2)를 안정적으로 운행할 수 있게 된다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10, 110, 210: 팬터그래프 20, 120: 축
30, 130: 집전롤러 34, 134: 볼록면
40, 140: 브러시 50, 150: 출력선
60, 160: 베어링 220: 주습판
222: 홈 224: 제1 볼록면
226: 제2 볼록면 230: 고체윤활판
232: 제3 볼록면 240: 스프링

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 전동차의 지붕과 전차선 사이에서 승강할 수 있도록 상기 지붕에 장착되어 있는 가동기구를 구비하는 전동차용 팬터그래프에 있어서,
    상기 가동기구의 상부에 상기 전동차의 폭 방향을 따라 장착되어 있고, 상면 중앙에 상방이 트인 홈이 폭 방향을 따라 형성되어 있으며, 상기 전차선과 미끄럼 접촉되도록 상면 중앙에 상기 홈을 기준으로 제1 볼록면과 제2 볼록면이 각각 형성되어 있는 주습판과;
    상기 홈에 장착되어 있고, 상기 전차선과 미끄럼 접촉되어 상기 전차선에 윤활제를 도포하도록 상면 중앙에 제3 볼록면이 형성되어 있는 고체윤활판과;
    상기 고체윤활판이 상기 전차선과 접촉되는 방향으로 상기 고체윤활판을 탄성편향시키도록 상기 주습판과 상기 고체윤활판 사이에 장착되어 있는 스프링을 포함하는 전동차용 팬터그래프.
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