KR101463795B1 - 전두부 변형 열차 - Google Patents

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KR101463795B1
KR101463795B1 KR1020130140607A KR20130140607A KR101463795B1 KR 101463795 B1 KR101463795 B1 KR 101463795B1 KR 1020130140607 A KR1020130140607 A KR 1020130140607A KR 20130140607 A KR20130140607 A KR 20130140607A KR 101463795 B1 KR101463795 B1 KR 101463795B1
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나희승
서승일
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문형석
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한국철도기술연구원
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Abstract

열차의 전두부 형태를 변형할 수 있는 전두부 변형 열차가 소개된다.
이 전두부 변형 열차는 열차의 전두부에서 입출 가능하게 설치되는 돌출유닛과, 전두부에 회전가능하게 설치되고, 회전될 때 돌출유닛과 함께 전두부를 유선 형태로 변환되는 회전유닛과, 돌출유닛을 전두부의 전방으로 이동시키고 돌출유닛의 전방 이동에 의해 회전유닛을 회전시키는 구동수단을 포함할 수 있다.

Description

전두부 변형 열차{TRAIN HAVING VARIABLE FRONT HEAD}
본 발명은 전두부 변형 열차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열차의 전두부를 유선형 또는 플랫형으로 변형할 수 있는 전두부 변형 열차에 관한 것이다.
철도차량(train)은 전방 또는 후방에 배치되는 동력차(power car) 및 객실차(passenger car)로 구성되며, 동력차 또는 객실차의 일부에 동력 대차가 장착되고, 동력 대차에 장착된 구동기로부터 주행 구동력을 제공받는다.
이러한 철도차량은 한번에 많은 수의 승객을 이송시킬 수 있다는 장점에서 개발의 필요성이 점차 중요시되고 있는 교통수단이며, 실제로 철도차량의 고속화 및 안전성을 주요 과제로 발전하고 있다.
철도차량의 주행 속력을 향상시키기 위해, 구동 방식의 개선하여 빠른 동력대차가 개발되고 있다. 자기 부상 철도차량(Magnetic Levitation Train), 고속철도차량(High Speed Train) 등의 동력 대차의 구동 방식을 그 예로 들 수 있다. 또한, 이와 같은 동력대차 개발을 통한 구동 방식의 개선 외에 철도차량 전두부의 공기 저항 특성을 향상시키는 방법도 매우 중요하다.
예컨대, 철도차량이 주행할 때 받는 저항을 주행저항이라고 하며, 차륜저항, 공기저항, 기울기저항 그리고 가속저항 등으로 구분되는 총 주행저항은 철도차량 기관으로부터 차륜에 전달되는 구동력을 결정하고, 그 영향은 차량의 주행 성능 즉, 철도차량의 최고속도와 가속능력 등 기관의 회전력과 동력 전달계에 미치게 된다.
그 중에서 공기저항은 공기 유동 중에 노출된 물체가 운동할 때 받는 공기 마찰이며, 주행중인 철도차량의 진행방향에 반대 방향으로 작용하는 공기력을 일컫는다. 공기저항은 공기밀도와 철도차량의 앞면 투영면적과 주행속도 그리고 철도차량 형상에 따라 큰 영향을 받으며, 공기저항의 계수가 낮을수록 공기저항은 감소되어 좋으며, 철도차량의 형상이 유선형 타입이면, 차량이 공기저항이 낮아서 주행 성능이 탁월해 진다.
그러나, 상기와 같이 철도차량의 전두부를 유선형으로 설계하는 방식은 평평한 전두부에 비하여 공기 저항을 줄일 수 있는 효과는 있지만, 평평한 전두부 또한 나름의 효과를 제공하고 있다. 예를 들어, 플랫형 전두부를 갖는 철도차량의 경우, 탑승 인원 또는 적재화물의 양을 증가시킬 수 있고, 정확한 위치에서 정차가 필요한 지하철에서는, 플랫형 전두부가 정확한 정차를 위한 전제로서 전방 시야를 확보하는 효과를 제공할 수 있다.
따라서, 고속 주행시 저항을 감소시킬 수 있고, 저속 주행시 전방 시야를 확보할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
특허문헌: 한국공개특허 KR10-2013-0024084 (2012.03.08. 공개)
본 발명의 실시예들은 열차의 운행 상황에 맞추어 열차의 전두부 형태를 변형할 수 있는 전두부 변형 열차를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 열차의 전두부에서 입출 가능하게 설치되는 돌출유닛; 상기 전두부에 회전가능하게 설치되고, 회전될 때 상기 돌출유닛과 함께 상기 전두부를 유선 형태로 변환되는 회전유닛; 및 상기 돌출유닛을 상기 전두부의 전방으로 이동시키고, 상기 돌출유닛의 전방 이동에 의해 상기 회전유닛을 회전시키는 구동수단을 포함할 수 있다.
이때, 상기 회전유닛에는 상기 돌출유닛과 상기 회전유닛 사이의 공간을 덮기 위한 커버 플레이트가 입출가능하게 설치될 수 있다.
또한, 상기 구동수단은 상기 전두부에 고정 설치되는 구동모터; 상기 구동모터의 구동축에 마련되는 피니언부; 상기 돌출유닛의 상부에서 길이방향으로 연장되게 형성되고, 상기 피니언부에 맞물려 구동력을 제공받는 레크부; 및 상기 회전유닛의 회전축에 마련되고, 구동벨트를 매개로 상기 구동축으로부터 회전력을 제공받는 회전기어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전두부에는 상기 돌출유닛을 길이방향으로 안내하기 위한 레일홈부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 돌출유닛의 전방에는 공기 저항을 줄이기 위해 경사지게 형성되는 안내면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 회전유닛의 전면은 상기 돌출유닛이 돌출될 때 상기 안내면과 동일한 평면상에 경사지게 위치되도록 회전될 수 있다.
또한, 상기 회전유닛은 상기 전두부의 전면을 덮기 위한 부채꼴 형태의 케이스로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 회전유닛의 회전축은 상기 회전유닛의 하단부를 상기 전두부의 전방측으로 회전시키기 위해, 상기 전두부의 상측 가장자리부에 위치될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 열차의 고속 주행시, 유선형의 전두부를 통해 공기 저항을 줄일 수 있고, 열차의 정차선 정지시, 플랫형의 전두부를 통해 정확한 열차의 정차를 위한 시야 확보가 가능하다는 이점이 있다.
또한, 본 실시예들은 탑승인원과 적재화물량을 증가시킬 필요가 있는 경우, 열차의 전두부를 플랫 형태로 변형함으로써, 유선형 전두부를 갖는 열차보다 많은 탑승인원과 적재화물을 수용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 실시예들은 고속 주행시 열차의 전두부를 유선형으로 변형하여 공기 저항을 줄임으로써, 열차의 최고 속도를 향상시키고, 연료를 절감할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전두부 변형 열차를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전두부 변형 열차의 작동 상태를 도시한 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전두부 변형 열차의 구동수단을 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전두부 변형 열차의 구동수단을 확대하여 도시한 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전두부 변형 열차를 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전두부 변형 열차의 작동 상태를 도시한 상태도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전두부 변형 열차는, 전두부(11)를 유선형으로 변형하여 고속 주행시 공기 저항을 줄일 수 있고, 전두부(11)를 플랫형으로 변형하여 수용 공간의 확보하고 시야를 안정적으로 확보할 수 있다.
이를 구현하기 위해 전두부 변형 열차는, 돌출유닛(100), 회전유닛(200) 및 구동수단(300)을 포함할 수 있다. 여기서, 열차(10)는 고속 주행이 가능한 고속 주행 열차로, 고속철도차량(High Speed Train) 또는 자기 부상 철도차량(Magnetic Levitation Train)일 수 있다. 그리고 이들 돌출유닛(100), 회전유닛(200) 및 구동수단(300)은 열차(10)의 전두부(11)에 마련될 수 있다.
구체적으로, 돌출유닛(100)은 열차(10)의 전두부(11)에 마련된 레일홈부(12)에 입출 가능하게 설치될 수 있다. 레일홈부(12)는 돌출유닛(100)이 수용 가능한 공간으로, 돌출유닛(100)을 길이방향으로 안내하기 위한 가이드 역할을 할 수 있다. 그리고 레일홈부(12)는 후술하는 회전유닛(200)의 커버 플레이트(230)에 의해 열차(10)의 전방측에서 선택적으로 개방될 수 있다.
돌출유닛(100)의 전방에는 열차(10)의 고속 주행시 공기 저항을 줄이기 위한 안내면(110)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 안내면(110)은 열차(10)의 후방으로 일정 경사각을 갖도록 경사지게 형성되지만, 고속 주행시 발생되는 공기 흐름을 열차의 후방측으로 원활하게 안내하기 위한 다양한 형태가 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 돌출유닛(100)의 전방은 원뿔형으로 형성될 수 있다.
회전유닛(200)은 돌출유닛(100)과 함께 전두부(11)를 유선 형태로 변환하기 위해, 전두부(11)에 회전가능하게 설치될 수 있다. 특히, 돌출유닛(100)이 돌출되고 회전유닛(200)이 회전되는 경우, 회전유닛(200)의 전면과 돌출유닛(100)의 안내면(110)은, 동일한 평면상에 경사지게 위치될 수 있다.
이에 따라, 돌출유닛(100)이 전두부(11)에서 돌출되고 회전유닛(200)이 전두부(11)에서 회전되면, 고속 주행에 의해 발생된 공기 흐름은 열차(10)의 후방측으로 원활하게 안내될 수 있고, 결국, 열차(10)의 최고 속도를 향상시키고 연료를 절감할 수 있다.
회전유닛(200)에는 돌출유닛(100)과 회전유닛(200) 사이의 공간을 덮기 위한 커버 플레이트(230)가 입출가능하게 설치될 수 있다. 이를 위해, 회전유닛(200)에는 커버 플레이트(230)의 이동이 안내되는 가이드레일(미도시)과, 커버 플레이트(230)를 이동시키기 위한 액츄에이터(미도시)가 마련될 수 있다. 이들 가이드레일 및 액츄에이터는 커버 플레이트(230)를 이동시키기 위한 통상의 구동장치 기술이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
회전유닛(200)은 전두부(11)의 전면을 덮기 위한 부채꼴 형태의 케이스로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 회전유닛(200)은 전두부(11)의 외측을 구성하는 케이스로 구성되지만, 회전유닛(200)은 열차(10)의 전두부(11)를 구성할 수도 있을 것이다. 이때, 전두부(11)의 운전실 내에서 고정 상태를 유지해야 하는 나머지 구성들, 예를 들어, 열차 운행 및 제어를 위한 장치류, 보행을 위한 바닥부, 탑승자가 착석하는 좌석류 등은, 열차(10)의 차체 프레임에 고정되어 수평한 상태를 유지하거나, 별도의 수평유지장치를 통해 수평한 상태를 유지할 수 있다.
회전유닛(200)은 전두부(11)의 상측 가장자리부를 중심으로 하여 전두부(11)의 전방측으로 회전될 수 있다. 예컨대, 회전유닛(200)의 회전축(220)은 전두부(11)의 상측 가장자리부에 위치될 수 있다.
회전유닛(200)은 돌출유닛(100)의 길이방향 이동에 연동하여 전두부(11)의 전방으로 회전될 수 있다. 이를 위해, 회전유닛(200)은 구동수단(300)에 의해 제어될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전두부 변형 열차의 구동수단을 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전두부 변형 열차의 구동수단을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 구동수단(300)은 돌출유닛(100)을 전두부(11)의 전방으로 이동시키는 동시에, 회전유닛(200)을 전두부(11)의 전방으로 회전시킬 수 있다.
이러한 구동수단(300)은 구동모터(310), 피니언부(320), 레크부(330) 및 회전기어부(340)를 포함할 수 있다.
구동수단(300)의 구동모터(310)는 열차(10)의 차체 프레임에 설치된 장착브라켓을 통해 전두부(11)에 고정 설치되고, 구동력을 제공하기 위한 구동축이 구비될 수 있다. 피니언부(320)는 구동모터(310)의 구동축에 마련되어, 돌출유닛(100)의 레크부(330)에 맞물릴 수 있다. 레크부(330)는 돌출유닛(100)의 상부에서 길이방향으로 연장되게 형성되고, 상면에 피니언부(320)에 맞물리는 나사산이 형성될 수 있다. 회전기어부(340)는 회전유닛(200)의 회전축(220)에 마련되고, 구동벨트(350)를 매개로 구동모터(310)의 구동축으로부터 회전력을 제공받을 수 있다.
본 실시예에서, 구동수단(300)은 상술한 구동모터(310), 피니언부(320), 레크부(330) 및 회전기어부(340)로 구성되지만, 이에 한정되지는 아니하며, 다양한 형태의 구성을 적용하여, 돌출유닛(100)을 전두부(11)의 전방으로 이동시키면서, 회전유닛(200)을 회전시킬 수 있을 것이다.
이에 따라, 열차(10)의 고속 주행시 구동모터(310)에 작동신호가 인가되면, 구동모터(310)의 구동력이 피니언부(320)에 인가되어 피니언부(320)가 회전되고, 레크부(330)가 피니언부(320)에 의해 전진 이동되면서, 돌출유닛(100)이 레일홈부(12)에서 열차(10)의 전방측으로 돌출될 수 있다.
한편, 구동모터(310)의 구동력은 구동벨트(350)를 통해 회전기어부(340)에 전달될 수 있다. 회전기어부(340)는 구동력을 전달받아 전두부(11)의 상측 가장자리부를 중심으로 회전됨으로써, 회전유닛(200)을 전두부(11)의 전방측으로 회전될 수 있다.
결국, 구동모터(310)의 작동에 의해, 돌출유닛(100)은 열차(10)의 전방측으로 돌출되고, 회전유닛(200)은 전두부(11)의 전방측으로 회전됨에 따라, 열차(10)의 전두부(11)를 플랫형에서 유선형으로 변형하여 공기 저항을 줄일 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
열차(10)의 전두부(11) 형태를 유선형으로 변경하고자 하는 경우, 구동모터(310)의 정방향 구동력이 피니언부(320)에 제공되면, 피니언부(320)는 레크부(330)에 구동력을 전달하여, 돌출유닛(100)을 열차(10)의 전방측으로 돌출시킬 수 있다.
이와 동시에, 구동모터(310)의 정방향 구동력이 회전유닛(200)의 회전기어부(340)에 제공되면, 회전유닛(200)은 전두부(11)의 전방측으로 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 열차(10)의 전두부(11)는 플랫형에서 유선형으로 변형될 수 있다.
한편, 열차(10)의 전두부(11) 형태를 플랫형으로 변경하고자 하는 경우, 구동모터(310)의 역방향 구동력이 피니언부(320)에 전달되고, 피니언부(320)는 레크부(330)에 구동력을 전달하여 돌출유닛(100)을 열차(10)의 레일홈부(12)로 수용시킬 수 있다.
이때, 구동모터(310)의 역방향 구동력이 회전유닛(200)의 회전기어부(340)에 제공되면, 회전유닛(200)은 원래 위치로 복귀되도록 전두부(11)의 후방측으로 회전될 수 있다. 이에 따라, 열차(10)의 전두부(11)는 유선형에서 플랫형으로 변형될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 열차의 고속 주행시 공기 저항을 줄일 수 있고, 열차의 정차선 정지시 정확한 열차의 정차를 위한 시야 확보가 가능하고, 탑승 인원 또는 적재화물의 양을 증가시킬 필요가 있는 경우, 열차의 전두부를 플랫 형태로 변형하여 유선형 전두부를 갖는 열차보다 보다 많은 탑승 인원과 적재화물을 수용할 수 있는 등의 우수한 장점을 갖는다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
100 :돌출유닛 210 :안내면
200 :회전유닛 220 :회전축
230 :커버 플레이트 300 :구동수단
310 :구동모터 320 :피니언부
330 :레크부 340 :회전기어부
350 :구동벨트

Claims (8)

  1. 열차의 전두부에서 입출 가능하게 설치되는 돌출유닛;
    상기 전두부에 회전가능하게 설치되고, 회전될 때 상기 돌출유닛과 함께 상기 전두부를 유선 형태로 변환되는 회전유닛; 및
    상기 돌출유닛을 상기 전두부의 전방으로 이동시키고, 상기 돌출유닛의 전방 이동에 의해 상기 회전유닛을 회전시키는 구동수단을 포함하는 전두부 변형 열차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전유닛에는
    상기 돌출유닛과 상기 회전유닛 사이의 공간을 덮기 위한 커버 플레이트가 입출가능하게 설치되는 전두부 변형 열차.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동수단은
    상기 전두부에 고정 설치되는 구동모터;
    상기 구동모터의 구동축에 마련되는 피니언부;
    상기 돌출유닛의 상부에서 길이방향으로 연장되게 형성되고, 상기 피니언부에 맞물려 구동력을 제공받는 레크부; 및
    상기 회전유닛의 회전축에 마련되고, 구동벨트를 매개로 상기 구동축으로부터 회전력을 제공받는 회전기어부를 포함하는 전두부 변형 열차.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전두부에는
    상기 돌출유닛을 길이방향으로 안내하기 위한 레일홈부가 형성되는 전두부 변형 열차.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출유닛의 전방에는
    공기 저항을 줄이기 위해 경사지게 형성되는 안내면이 형성되는 전두부 변형 열차.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전유닛의 전면은
    상기 돌출유닛이 돌출될 때 상기 안내면과 동일한 평면상에 경사지게 위치되도록 회전되는 전두부 변형 열차.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전유닛은
    상기 전두부의 전면을 덮기 위한 부채꼴 형태의 케이스로 이루어지는 전두부 변형 열차.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전유닛의 회전축은
    상기 회전유닛의 하단부를 상기 전두부의 전방측으로 회전시키기 위해, 상기 전두부의 상측 가장자리부에 위치되는 전두부 변형 열차.
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WO2021260769A1 (ja) * 2020-06-22 2021-12-30 株式会社日立製作所 鉄道車両及び鉄道車両の可動カバーの制御方法

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