KR20050093165A - 판토그래프 틸팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판토그래프 틸팅장치에 관한 것으로서, 상부에 판토그래프를 부착하고, 가이드 레일 위를 이동하며 상기 판토그래프를 틸팅시키는 슬라이딩 운반체, 판토그래프 틸팅 제어장치, 상기 판토그래프 틸팅 제어장치와 상기 슬라이딩 운반체를 연결하여 상기 슬라이딩 운반체를 구동하는 구동용 벨트, 상기 슬라이딩 운반체를 지지하며 슬라이딩 운반체의 틸팅을 가이드하는 가이드 레일, 상기 판토그래프 틸팅 제어장치와 벨트 구동부를 연결하는 커플링를 포함하여 구성되며, 차량의 틸팅운동에 따라 차량의 틸팅 반대방향으로 판토그래프를 틸팅시켜 전차선이 항상 판토그래프의 중앙에 놓이도록 함으로써 집전 효율을 높게 하는 효과가 있는 것이다.

Description

판토그래프 틸팅장치{Tilting pantograph mechanism}

본 발명은 판토그래프와 판토그래프 지지체를 포함하는 철도차량용 동력 집전장치에 관한 것으로서, 차량이 곡선을 주행할 때 차체를 곡선 안쪽으로 틸팅시킬 수 있는 틸팅 차량에 적용할 경우, 차체가 경사되기 전의 중립위치로 판토그래프를 유지시킴으로써 집전 성능을 양호하게 하는 장치에 관한 것이다.

틸팅 기술은 차량이 곡선부를 주행할 때 차체를 곡선의 안쪽으로 기울이게 하는 기술로서, 곡선부를 주행할 때 발생하는 원심가속도를 중력 가속도의 횡방향 성분으로 감쇄시켜 결과적으로 승객이 느끼는 횡가속도를 저감시키기 위한 기술이다. 철도차량에 상기와 같은 틸팅 기술을 적용하면 승차감의 향상뿐만 아니라 곡선부 통과시 속도를 증가시킬 수 있게 됨으로써 운행시간이 단축되며 곡선부 통과시의 가감속 빈도도 줄어들어 그만큼의 에너지 소비도 줄일 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 틸팅 기술을 적용하면 기존선에서 차량의 속도를 30% 정도 향상시킬 수 있는 장점이 있는 반면, 동력 집전 측면에서는 차량이 기울기 때문에 안정적으로 동력을 집전할 수 없고 이선이 많이 발생하는 문제점이 수반된다.

상기와 같은 문제점을 극복하고자 차체 틸팅장치에 틸팅 판토그래프 장치를 장착한 차량의 예를, 일본국 공개특허공보 평04-172902호와 유럽 특허 제847891호에서 찾아볼 수 있는데, 상기 일본국 공개특허공보 평04-172902호에는 차체의 경사와 무관하게 대차 틀에 로프 등을 이용하여 판토그래프를 지지하는 장치, 또는 문형의 판토그래프 지지 가대에 의하여 판토그래프를 지지하는 장치가 기재되어 있으며, 상기 유럽 특허 제847891호에는 대차에 설치된 틸트 빔의 구동력을 차체의 측면에 설치된 링크 기구로 전달시켜 판토그래프 지지 장치를 구동하는 예가 기재되어 있음을 알 수 있다.

그러나 상기와 같은 틸팅 판토그래프 지지 장치는 차체의 경사 동작과 관계가 없는 대차부분에 판토그래프 지지 장치를 종속시켜 놓았기 때문에 판토그래프와 전차선의 상대 변위가 작아 판토그래프 지지 장치에 원하는 틸팅량을 부여하기 곤란한 문제점이 있거나, 차체 내부로 판토그래프 지지 가대가 통과하는 부분이 크게 돌출되는 등의 문제점이 있음은 물론, 틸팅 구동장치가 복잡하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복할 수 있도록 구조가 간단하고 동력 집전효율이 우수한 판토그래프 틸팅장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 틸팅 판토그래프 회전형 구동기와 판토그래프 전기제어장치에 의해 구동되는 판토그래프 틸팅장치에 있어서, 상부에 판토그래프를 설치하고, 좌우로 이동하며 판토그래프를 틸팅시키는 슬라이딩 운반체와, 상기 슬라이딩 운반체를 지지하며 이동 로울러에 의해 슬라이딩 운반체를 가이드 하는 가이드 레일과, 상기 슬라이딩운반체를 좌우로 직선운동 시키는 구동력을 구비한 구동수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동수단은 회전력을 발생시키는 회전형 구동기와, 상기 회전형 구동기의 구동용 회전축 일단과 축이음으로 연결되어 회전력을 전달시키고, 전달 받은 회전력을 일정한 속도비로 감속시키는 입력풀리와, 상기 입력풀리와 수평상에 일정한 간격으로 위치하고, 베어링으로 지지된 아이들링 회전축에 고정된 연동풀리와, 상기 일정한 간격으로 설치된 입력, 연동풀리에 걸리어 입력, 연동풀리의 회전에 연동되고, 입력, 연동풀리의 간격 사이를 왕복 운동하도록 상기 슬라이딩운반체와 결합된 구동용 벨트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬라이딩 운반체의 위치를 감지하여 판토그래프의 위치를 제어하는 위치센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 틸팅된 판토그래프를 중심부로 위치시키는 판토그래프 위치복원장치 (50)가 설치되어 있고, 슬라이딩 운반체를 이동시키는 구동용 벨트의 장력유지를 위한 장력조절장치가 설치되어 있다.

그리고, 상기 가이드 레일은 중앙부가 높고 가장자리로 갈수록 낮아지는 활 형상을 하고 있으며, 상기 구동용 벨트는 타이밍 벨트로 구성되어 있다.

일반적으로 판토그래프는 집전판, 집전판 지지부, 현가장치, 상부암, 하부암, 제어장치 등으로 구성된다. 전류가 흐르는 전차선과 직접 접촉하는 판토그래프 집전판은 원활한 접촉이 이루어져 전원을 연속적으로 공급할 수 있게 하기 위하여 탄소, 구리 및 소결 합금을 주로 이용한다. 스프링으로 구성되는 현가장치는 판토그래프의 전차선에 대한 추종을 좋게 하기 위하여 설치되며 상부암과 하부암은 기구학적 운동을 부여하기 위하여 이용된다. 또한 제어장치는 공기 모터, 스프링, 공기 벨로우즈 또는 실린더 등으로 구성되며 판토그래프의 상하 운동을 제어하는 기능을 한다. 한편 지지부는 판토그래프의 기초대로서 절연애자 위에 설치되며 상기 절연애자의 하부에는 본 발명에 따른 판토그래프 틸팅장치가 부착된다.

상기 판토그래프 틸팅장치의 고정부는 차량 지붕의 좌대에 고정되고, 가동부는 차량의 틸팅 운동에 따라 판토그래프와 전차선과의 이선을 줄이기 위해 차량의 틸팅 반대방향으로 판토그래프를 틸팅시켜 전차선이 항상 판토그래프의 중앙에 놓이도록 하는 역할을 수행하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 판토그래프 틸팅장치의 개념도이며, 도 2는 판토그래프 틸팅장치의 정면도 및 평면도이다.

본 발명의 판토그래프 틸팅장치는, 틸팅 판토그래프 회전형 구동기(20)와 판토그래프 전기제어장치(도시되지 않음)에 의해 구동되는 것으로, 상부에는 판토그래프가 설치되어 있고, 가이드 레일(40) 위를 이동 로울러(120)에 의해 좌우로 이동하며 상기 판토그래프를 틸팅시키는 슬라이딩 운반체(10)를 구비하고 있다.

이 슬라이딩 운반체(10)의 전, 후부에는 이동 로울러(120)가 설치되어 가이드 레일(40) 위를 원활하게 이동할 수 있게 구성되어 있으며, 이 이동 로울러(120)는 전부에 2개가 설치되어 있고, 후부에는 1개가 설치되어 전, 후부의 이동 로울러 (120)는 삼각형으로 배치되어 있으며, 후부의 이동 로울러(120)는 필요에 따라 2개를 설치하여 보다 안정감 있게 구성할 수 도 있다.

또한, 판토그래프를 설치한 슬라이딩 운반체(10)의 중심부에는 구동용 벨트(30)가 고정되어 안정적이고 원활하게 좌우로 이동을 할 수 있게 되어 있다.

한편, 가이드 레일(40)은 슬라이딩 운반체(10)가 좌우로 이동할 때 이동 로울러(120)의 운동을 안내하는 것으로, 중앙부가 높고 가장자리로 갈수록 낮아지는 활 형상을 하고 있으며, 전부의 가이드 레일(120)은 전부 이동 로울러(120)의 폭에 대응하여 길게 형성되어 있고, 후부의 가이드 레일(120)은 짧게 구성되어 있다.

구동수단(200)은 회전력을 발생시키는 회전형 구동기(20)와 연결된 기어박스 (도시되지 않음)에 의해서 회전수를 변환하고, 구동용 회전축(70) 일단과 축이음으로 연결되어 회전력을 전달시킨다. 여기에서 축이음은 바람직하게 회전력을 단락할 수 있는 커플링(100)이 적용된다.

상기 커플링(100)에 의해서 전달받은 회전력은 일정한 속도비로 감속시키는 입력풀리(75)로 전달되고, 상기 입력풀리(75)에 전달된 회전력은 후술하는 구동용 벨트(30)에 의해서 다시 연동풀리(76)로 전달된다.

이러한, 연동풀리(76)는 입력풀리(75)와 수평상에 일정한 간격으로 위치하고, 베어링으로 지지된 아이들축(80)에 고정되는 것을 그 특징으로 한다.

계속하여, 일정한 간격으로 설치된 입력, 연동풀리(75, 76)에 걸리어 입력, 연동풀리(75, 76)의 회전에 연동되고, 입력, 연동풀리(75, 76)의 간격 사이를 왕복운동하도록 상기 슬라이딩 운반체(10)와 체결된 구동용 벨트(30)가 이동함에 따라 틸팅그래프가 설치된 슬라이딩 운반체(10)가 좌우로 왕복 운동한다는 것을 알 수 있다.

이때 위치센서(90)는 축의 회전수를 측정하여 위치를 통제하고 감시하는 장치로서 판토그래프의 위치를 제어하는 역할을 한다.

그리고, 상기 슬라이딩 운반체(10)의 좌우에는 판토그래프 위치복원장치(50)가 설치되어 있고, 구동용 벨트(30)가 늘어나 이완되는 것을 방지하기 위해 구동용 벨트(30)의 일단에는 장력조절장치(60)가 설치되어 있으며, 상기 슬라이딩 운반체 (10)의 상부에는 절연애자(110)가 설치되고, 이 절연애자(110)에 판토그래프 지지부(도시되지 않음)가 설치되어 판토그래프를 부착하게 된다.

상기 판토그래프 위치복원장치(50)는 판토그래프의 틸팅 완료후 슬라이딩 운반체(10)가 복귀할 때 중심부로 돌아오는 것을 보조하며, 틸팅이 필요 없을 때 또는 틸팅 구동장치가 작동 이상을 나타낼 때 판토그래프를 중앙의 위치로 복귀시키는 장치이며, 상기 구동용 벨트(30)가 사용중 늘어나면 장력을 부여하여 슬라이딩 운반체(10)가 정확하게 동작하도록 구동용 벨트(30)가 항상 일정한 장력을 유지할 수 있도록 하기 위하여 장력조절장치(60)를 설치하여 구동용 벨트(30)가 느슨해짐을 방지함으로써 회전형 구동기(20)로부터 전달된 틸팅량을 정확하게 전달하는 것을 가능하게 한다.

한편, 판토그래프 틸팅 제어장치는 판토그래프 회전형 구동기(20), 판토그래프 틸팅 제어회로, 그리고 판토그래프 위치센서(90)로 이루어져 있다.

상기 판토그래프 위치센서(90)는 아이들링 회전축(80)의 회전수를 측정하여 위치를 통제하고 감지하는 장치로서, 동력공급이 중단된 상태에서도 절대 위치조회가 가능하도록 되어 있어서 위치센서(90)가 설치되고 난 이후부터 판토그래프의 위치를 기억하고 있다가 틸팅이 일어나는 동안, 또는 틸팅 동작이 끝난 후 복귀하였을 때의 판토그래프의 정확한 위치를 감지하고 통제할 수 있는 자료를 제공하는 역할을 하게 되는 것으로, 위치센서(90)를 설치할 때는 센서의 축에 어떠한 충격도 가해지지 않도록 주의해야 한다.

판토그래프 틸팅 제어회로는 차체의 틸팅량에 따라 판토그래프 회전형 구동기(20)의 구동량을 제어하는 역할을 하게 되고, 상기 판토그래프 회전형 구동기 (20)는 연결되어 있는 기어박스로 모터의 회전수를 변환한 후 회전형 구동기(20)와 연결되어 있는 회전축(70)을 회전시킴으로써 슬라이딩 운반체(10)를 구동시켜 궁극적으로 판토그래프를 틸팅시키는 역할을 하게 된다.

도 3은 본 발명의 판토그래프 틸팅장치의 사시도이다.

도 3을 참조하면 슬라이딩 운반체(10)는 중앙부가 구동용 벨트(30)에 연결되어 있어서 구동기(20)로부터 전달된 운동량을 정확하게 전달받을 수 있으며, 전후방은 이동 로울러(120)와 연결되어 가이드 레일(40) 위에 올려져 있다.

상기 구동용 벨트(30)는 타이밍 벨트 또는 그와 동등한 동력 전달기구로 대체될 수 있음은 물론이다.

또한 상기 가이드 레일(40)은 중앙부가 높고 가장자리로 갈수록 낮아지는 활 형상을 하고 있어서 상기 슬라이딩 운반체(10)가 좌우로 이동함에 따라 슬라이딩 운반체(10)에 자연스럽게 틸팅량을 부여하게 된다.

상기와 같은 구성을 한 판토그래프 틸팅장치를 사용하면, 슬라이딩 운반체 (10)의 틸팅에 따라 상기 슬라이딩 운반체(10)의 상부에 부착된 판토그래프도 슬라이딩 운반체(10)의 틸팅량에 비례하여 틸팅을 하게 되는 것이다.

즉, 위치 위치센서(90)에 의하여 판토그래프의 위치를 감지하고 제어장치에 의하여 회전형 구동기(20)를 작동하면 이 회전형 구동기(20)에 연결되어 있는 구동용 회전축(70)이 회전을 하게 되고, 이 구동용 회전축(70)에 고정된 입력풀리(75)에 감겨있는 구동용 벨트(30)는 회전축(70)의 회전에 의해서 이동하면서 상부에 연결된 슬라이딩 운반체(10)를 이동시키게 된다. 이때 슬라이딩 운반체(10)는 전후의 이동 로울러(120)에 의하여 가이드 레일(40) 위를 활주하면서 가이드 레일(40)의 형상에 따라 높이가 변경되어 좌우로 경사지게 되고, 여기서 발생한 경사에 의하여 차량의 경사 방향과 반대 방향으로 판토그래프를 틸팅시키게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 종사하는 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 형태로 변형실시가 가능한 것이므로, 위와 같은 변경이 청구범위 기재의 범위 내에 있게 됨은 물론이다.

차량이 곡선부를 주행할 때 상기와 같은 판토그래프 틸팅장치에 의하여 판토그래프를 차량의 틸팅 방향과 반대 방향으로 틸팅시키게 되면, 동력 공급용 전차선이 항상 판토그래프의 중앙에 위치하게 되어 이선 현상이 크게 감소함은 물론 안정적으로 동력을 집전할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 판토그래프 틸팅장치의 개념도

도 2는 본 발명의 판토그래프 틸팅장치의 정면도 및 평면도

도 3은 본 발명의 판토그래프 틸팅장치의 사시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 슬라이딩 운반체 20 : 회전형 구동기

30 : 구동용 벨트 40 : 가이드 레일

50 : 위치복원장치 60 : 장력 조절장치

70 : 구동용 회전축 80 : 아이들링 회전축

90 : 위치센서 100 : 커플링

110 : 절연애자 120 : 이동 로울러

Claims (7)

1. 틸팅 판토그래프 구동기와 판토그래프 전기제어장치에 의해 구동되는 판토그래프 틸팅장치에 있어서,

   상부에 판토그래프를 설치하고, 가이드 레일(40) 위를 이동하며 상기 판토그래프를 틸팅시키는 슬라이딩 운반체(10)와,

   상기 슬라이딩 운반체(10)를 지지하며 이동 로울러(120)에 의해 슬라이딩 운반체(10)를 가이드 하는 가이드 레일(40)과,

   상기 슬라이딩운반체(10)를 좌우로 직선운동 시키는 구동력을 구비한 구동수단(200)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 판토그래프 틸팅장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 구동수단(200)은 회전력을 발생시키는 회전형 구동기(20)와, 상기 회전형 구동기(20)의 구동용 회전축(70) 일단과 축이음으로 연결되어 회전력을 전달시키고, 전달 받은 회전력을 일정한 속도비로 감속시키는 입력풀리(75)와, 상기 입력풀리(75)와 수평상에 일정한 간격으로 위치하고, 베어링으로 지지된 아이들링 회전축(80)에 고정된 연동풀리(76)와, 상기 일정한 간격으로 설치된 입력, 연동풀리 (75, 76)에 걸리어 입력, 연동풀리(75, 76)의 회전에 연동되고, 입력, 연동풀리 (75, 76)의 간격 사이를 왕복운동하도록 상기 슬라이딩운반체(10)와 결합된 구동용 벨트(30)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판토그래프 틸팅장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 슬라이딩 운반체(10)의 위치를 감지하여 판토그래프의 위치를 제어하는 위치센서(90)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 판토그래프 틸팅장치.
4. 제1항에 있어서, 틸팅된 판토그래프를 중심부로 위치시키는 판토그래프 위치복원장치(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 판토그래프 틸팅장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 슬라이딩 운반체(10)를 이동시키는 구동용 벨트(30)의 장력유지를 위한 장력조절장치(60)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 판토그래프 틸팅장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드 레일(40)은 중앙부가 높고 가장자리로 갈수록 낮아지는 활 형상을 한 것을 특징으로 하는 판토그래프 틸팅장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 구동용 벨트(30)는 타이밍 벨트인 것을 특징으로 하는 판토그래프 틸팅장치.