KR20160049931A - 팬터그래프 장치 - Google Patents

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KR20160049931A
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조용현
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한국철도기술연구원
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Abstract

팬터그래프 장치에 관한 발명이 개시된다. 개시된 팬터그래프 장치는, 전차선에 접하여 상기 전차선으로부터 집전하는 집전부재와, 전동차에 연결되는 프레임부재와, 집전부재와 프레임부재 사이에 개재되어 집전부재를 지지하고, 집전부재를 지지하는 탄성계수를 변경시킬 수 있도록 구비되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

팬터그래프 장치{PANTOGRAPH DEVICE}
본 발명은 팬터그래프 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집전(集電)부재를 지지하는 탄성부재의 탄성계수를 가변시킬 수 있는 팬터그래프 장치에 관한 것이다.
일반적인 전동차는 전기를 동력원으로 하며, 전력을 공급하는 전차선(電車線)으로부터 전동차의 지붕에 설치된 팬터그래프 장치 등을 통해 전력을 공급받는다.
전동차에 전력을 안정적으로 공급하기 위해서는 팬터그래프 장치의 집전판과 같은 집전부재와 전차선의 접촉을 안정적으로 유지해야 한다. 다만, 전동차와 함께 이동하는 팬터그래프 장치의 이동에 따라 집전부재가 전차선에서 이격되는 이선(離線)이 발생될 수 있다.
이선이 발생되면 전동차로의 전력 공급이 단절되어 전력수급 품질이 저하될 뿐만 아니라 아크 방전이 발생하여 전차선 또는 집전부재가 파손될 수 있다. 따라서 이선이 발생되지 않도록 전차선과 집전부재의 접촉상태를 유지하는 것이 필요하다.
팬터그래프 장치의 집전부재와, 전차선의 안정적인 접촉을 유지하기 위하여 팬터그래프 장치에는 집전부재를 탄성 지지하는 장치가 적용되지만, 해당 장치의 탄성계수가 고정되므로, 전동차의 속도 또는 전동차의 이동 구간과 같은 주행상황 변화에 대응하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 배경 기술은, 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0136225호(2010.12.28 공개, 발명의 명칭: 전차선 이선형상 검출장치)에 게시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 전동차의 주행상황에 대응하여 집전부재를 지지하는 탄성부재의 탄성계수를 가변시킴으로써, 전차선과의 연결을 안정적으로 유지할 수 있는 팬터그래프 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 팬터그래프 장치는: 전차선에 접하여 상기 전차선으로부터 집전하는 집전부재; 전동차에 연결되는 프레임부재; 및 상기 집전부재와 상기 프레임부재 사이에 개재되어 상기 집전부재를 지지하고, 상기 집전부재를 지지하는 탄성계수를 변경시킬 수 있도록 구비되는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 집전부재는, 상기 전차선에 접하여 집전하는 집전부; 및 상기 집전부와 상기 탄성부재 사이에 개재되며, 상기 탄성부재에 접하는 접촉단부가 탄성재질을 포함하여 이루어지는 집전지지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 탄성부재는, 상기 프레임부재와 결합되고, 상기 집전부재에 접하여 상기 집전부재를 탄성 지지하는 캔틸레버부; 상기 캔틸레버부를 지지하며, 상기 프레임부재에 이동 가능하게 결합되는 레버지지부; 및 상기 프레임부재와 상기 레버지지부를 연결하며, 구동력을 발생시켜 상기 레버지지부를 이동시키는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 레버지지부는, 상기 캔틸레버부에 접하는 롤러부; 및 상기 롤러부를 회전 가능하게 지지하며, 상기 레버지지부에 결합되는 롤러지지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 롤러부는, 한 쌍이 구비되어 각각 상기 캔틸레버부의 상면과 하면에 접하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 롤러부는, 외주면이 상기 캔틸레버부의 형상에 대응하여 오목하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 구동부는, 상기 레버지지부에 결합되며, 상기 프레임부재에 이동 가능하게 결합되는 지지부결합부; 상기 프레임지지부에 결합되어 구동력을 발생시키는 구동력발생부; 상기 지지부결합부와 구동력발생부를 연결하여, 상기 구동력발생부에서 발생된 구동력에 의하여 상기 지지부결합부가 이동되도록 하는 동력전달부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 지지부결합부는, 상기 프레임부재가 삽입되도록 지지부결합홀이 구비되어 왕복 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 팬터그래프 장치는, 전동차의 주행상황에 따라 집전부재를 지지하는 탄성부재의 탄성계수를 변경함으로써, 전차선과 집전부재의 연결을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 집전지지부의 단부가 탄성재질을 포함하여 이루어지므로, 전동차의 주행 중에 발생되는 소음 및 장치의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 전동차의 주행상황에 따라 레버지지부가 캔틸레버부를 지지하는 위치를 변경함으로써, 주행상황에 대응하여 집전부재를 지지하는 힘을 가변시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 캔틸레버부의 상, 하측을 지지하는 롤러부의 외주면이 오목하게 형성되므로 캔틸레버부와의 접촉성능이 향상되고, 캔틸레버부를 안정적으로 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 장치를 나타내는 정면도이다.
도 2는 도 1의 'A' 부분을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재의 작동을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재에서 레버지지부가 일측으로 이동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재에서 레버지지부가 타측으로 이동하는 것을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 팬터그래프 장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 장치를 나타내는 정면도이고, 도 2는 도 1의 'A' 부분을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 장치(1)는 집전부재(100), 프레임부재(200) 및 탄성부재(300)를 포함한다.
집전부재(100)는 전차선(10)에 접하여 전차선(10)으로부터 집전한다. 구체적으로 집전부재(100)는 상단부가 전차선(10)과 접하여 전차선(10)으로부터 전력을 전달받고, 션트리드(shunt lead) 등을 통하여 전력이 전동차(미도시)에 전달되도록 한다.
본 실시예에서 집전부재(100)는 전차선(10)과의 원활한 접촉을 유지할 수 있도록 탄성부재(300)에 의하여 탄성 지지되며, 탄소, 구리 또는 철의 합금을 포함하여 이루어진다.
본 실시예에서 집전부재(100)는 집전부(110) 및 집전지지부(130)를 포함한다. 집전부(110)는 전차선(10)에 접하여 전력을 전달받는다. 집전지지부(130)는 집전부(110)에서 하측으로 돌출 형성되어 집전부(110)와 탄성부재(300) 사이에 개재되는 집전지지봉(131)과, 집전지지봉(131)의 하측 단부에 형성되어 탄성부재(300)에 접하며 탄성 재질을 포함하여 이루어지는 접촉단부(133)를 포함한다.
프레임부재(200)는 전동차에 연결된다. 본 실시예에서 프레임부재(200)는 프레임부(210), 횡프레임부(230) 및 연결프레임부(250)를 포함한다. 프레임부(210)는 전동차의 상측에 절연체 등을 매개로 결합된다. 횡프레임부(230)는 프레임부(210)의 상단에 연결되며, 횡방향(도 1 기준 좌우 방향)으로 길게 형성된다. 연결프레임부(250)는 횡프레임부(230)와 탄성부재(300)를 연결하며, 탄성부재(300)를 지지한다. 프레임부재(200)의 구성 및 작동원리는 통상의 기술자에게 자명한 내용이므로 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재의 작동을 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 4를 참조하면, 탄성부재(300)는 프레임부재(200)와 집전부재(100) 사이에 개재되어 집전부재(100)를 지지하고, 집전부재(100)를 지지하는 탄성계수가 변경 가능하게 구비된다. 본 실시예에서 탄성부재(300)는 캔틸레버부(310), 레버지지부(330) 및 구동부(350)를 포함한다.
캔틸레버부(310)는 프레임부재(200)와 결합되고, 집전부재(100)에 접하여 집전부재(100)를 탄성 지지한다. 본 실시예에서 캔틸레버부(310)는 금속 재질을 포함하여 이루어지며, 일단부가 연결프레임부(250)에 볼팅, 용접 등의 방식으로 고정되고, 상면에 접촉단부(133)가 접하도록 구비되어 집전부재(100)를 탄성 지지한다.
레버지지부(330)는 캔틸레버부(310)를 지지하며, 프레임부재(200)에 이동 가능하게 결합된다. 본 실시예에서 레버지지부(330)는 롤러부(331) 및 롤러지지부(335)를 포함한다. 즉, 레버지지부(330)는 캔틸레버부(310)를 지지하는 위치를 변경함으로써, 캔틸레버부(310)의 탄성계수를 변경시킨다.
롤러부(331)는 캔틸레버부(310)에 접한다. 본 실시예에서 롤러부(331)는 한 쌍이 구비되어, 각각 캔틸레버부(310)의 상면과 하면에 접하도록 구비된다. 본 실시예에서 롤러부(331)는 외주면(332)이 캔틸레버부(310)의 형상에 대응하여 오목하게 구비되어, 캔틸레버부(310)와의 접촉 유지하여 안정적으로 캔틸레버부(310)를 지지한다.
롤러지지부(335)는 롤러부(331)를 회전 가능하게 지지하며, 지지부결합부(351)에 결합된다. 본 실시예에서 롤러지지부(335)는 롤러부(331)의 양단에 위치하며 판 형상의 롤러지지바디(336)와, 롤러부(331)의 회전축(333) 등이 끼워지는 롤러지지홀(337)이 형성되어, 롤러부(331)가 회전 가능하게 결합된다.
구동부(350)는 프레임부재(200)와 레버지지부(330)를 연결하며, 구동력을 발생시켜 레버지지부(330)를 이동시킴으로써, 레버지지부(330)가 캔틸레버부(310)를 지지하는 위치를 변경한다. 본 실시예에서 구동부(350)는 지지부결합부(351), 구동력발생부(355) 및 동력전달부(357)를 포함한다.
지지부결합부(351)는 레버지지부(330)에 결합되며, 프레임부재(200), 구체적으로 횡프레임부(230) 상에서 이동 가능하게 결합된다. 본 실시예에서 지지부결합부(351)는 지지부결합바디(352) 및 지지부결합홀(353)을 포함한다.
지지부결합바디(352)는 지지부결합부(351)의 외관을 형성하며 레버지지부(330)가 볼팅 등의 방식으로 결합된다. 지지부결합홀(353)은 지지부결합바디(352)를 관통하는 홀 형상으로 구비되어, 프레임부재(200), 특히 횡프레임부(230)가 삽입된다. 이에 따라 지지부결합바디(352)는 횡프레임부(230)의 길이 방향을 따라 왕복 이동 가능하게 된다.
구동력발생부(355)는 프레임부재(200), 구제적으로 횡프레임부(230)에 결합되어 구동력을 발생시킨다. 본 실시예에서 구동력발생부(355)는 횡프레임부(230)에 볼팅 등의 방식으로 결합되고, 랙앤피니언 타입 또는 유압을 이용한 유압실린더 타입 등으로 구비되어, 동력전달부(357)를 통하여 연결되는 지지부결합바디(352)를 왕복 이동시킨다.
동력전달부(357)는 지지부결합부(351)와 구동력발생부(355)를 연결하여, 구동력발생부(355)에서 발생된 구동력에 의하여 지지부결합부(351)가 이동되도록 한다. 본 실시예에서 동력전달부(357)는 일단부가 지지부결합바디(352)에 볼팅 등의 방식으로 결합되고, 타단부가 구동력발생부(355)에 치합되는 랙기어로 예시된다.
다른 실시예에서 동력전달부(357)는 일단부가 지지부결합바디(352)에 볼팅 등의 방식으로 결합되고, 타단부가 구동력발생부(355)에 결합되는 실린더로드 등으로 예시된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 팬터그래프 장치(1)의 작동원리 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
전동차는 전차선(10)으로부터 전달되는 전력을 팬터그래프 장치(1)를 통하여 전달받아 구동된다. 집전부재(100)는 탄성부재(300)에 의하여 탄성 지지되므로 전동차의 이동 시에 전차선(10)과의 접촉이 유지된다.
다만, 전동차의 이동구간, 전동차의 속력 등에 따라서 집전부재(100)를 전차선(10) 측으로 가압하는 힘이 조정될 필요가 있다. 예를 들어 전동차가 터널구간에서 이동할 때에는 전차선(10)을 탄성 지지하는 힘의 강도, 예를 들어 탄성부재(300)의 탄성계수가 터널 외의 일반구간에서 이동할 때 보다 높아야 한다. 또한, 전동차의 속력이 높아질수록 집전부재(100)를 지지하는 탄성부재(300)의 탄성계수를 상승시킬 필요가 있다.
본 실시예에서 팬터그래프 장치(1)는 캔틸레버부(310)를 지지하는 레버지지부(330)의 위치를 변동시켜 캔틸레버부(310)의 탄성계수를 조절함으로써, 전동차의 주행상황에 따라 집전부재(100)를 지지하는 탄성부재(300)의 탄성계수를 조절한다.
예를 들어 전동차가 터널구간과 같이 집전부재(100)를 지지하는 탄성계수가 소정 값 이상으로 필요한 구간을 이동하거나, 전동차의 속도가 일정 값 이상인 경우에는 집전부재(100)를 지지하는 탄성부재(300)의 탄성계수를 높일 필요가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재에서 레버지지부가 일측으로 이동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제어부재(400)는 구동부(350)를 구동하여 레버지지부(330)의 위치를 우측으로 이동시킨다. 레버지지부(330)의 위치가 우측으로 이동하면, 캔틸레버부(310)를 지지하는 레버지지부(330)와, 캔틸레버부(310)와 접촉단부(133)와의 접촉부까지의 거리가 X1으로 줄어들게 되어 캔틸레버부(310)의 탄성계수가 증가한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재에서 레버지지부가 타측으로 이동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 전동차가 소정 값 이하의 탄성계수를 필요로 하는 일반구간을 이동하거나, 또는 소정 값 이하의 속력으로 이동하는 경우에는 탄성부재(300)의 탄성계수를 낮추기 위하여 제어부재(400)가 구동부(350)를 제어하여 레버지지부(330)를 좌측으로 이동시킨다. 레버지지부(330)의 위치가 좌측으로 이동하면, 캔틸레버부(310)를 지지하는 레버지지부(330)와, 캔틸레버부(310)와 접촉단부(133)와의 접촉부분까지의 거리가 X2로 늘어나게 되어 캔틸레버부(310)의 탄성계수가 감소한다.
이에 따라 본 실시예에서 팬터그래프 장치(1)는, 전동차의 주행상황에 따라 집전부재(100)를 지지하는 탄성부재(300)의 탄성계수를 변경함으로써, 전차선(10)과 집전부재(100)의 연결을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 팬터그래프 장치(1)는 집전지지부(130)의 단부가 탄성재질을 포함하여 이루어지므로, 전동차의 주행 중에 발생되는 소음 및 장치의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 팬터그래프 장치(1)는, 전동차의 주행상황에 따라 레버지지부(330)가 캔틸레버부(310)를 지지하는 위치를 변경함으로써, 주행상황에 대응하여 집전부재(100)를 지지하는 캔틸레버부(310)의 탄성계수를 가변시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 팬터그래프 장치(1)는 캔틸레버부(310)의 상, 하측을 지지하는 롤러부(331)의 외주면이 오목하게 형성되므로 캔틸레버부(310)와의 접촉성능이 향상되고, 캔틸레버부(310)를 안정적으로 지지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 팬터그래프 장치 10: 전차선
100: 집전부재 110: 집전부
130: 집전지지부 131: 집전지지봉
133: 접촉단부 200: 프레임부재
210: 프레임부 230: 횡프레임부
250: 연결프레임부 300: 탄성부재
310: 캔틸레버부 330: 레버지지부
331: 롤러부 332: 외주면
333: 회전축 335: 롤러지지부
336: 롤러지지바디 337: 롤러지지홀
350: 구동부 351: 지지부결합부
352: 지지부결합바디 353: 지지부결합홀
355: 구동력발생부 357: 동력전달부
400: 제어부재

Claims (8)

  1. 전차선에 접하여 상기 전차선으로부터 집전하는 집전부재;
    전동차에 연결되는 프레임부재; 및
    상기 집전부재와 상기 프레임부재 사이에 개재되어 상기 집전부재를 지지하고, 상기 집전부재를 지지하는 탄성계수를 변경시킬 수 있도록 구비되는 탄성부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 집전부재는,
    상기 전차선에 접하여 집전하는 집전부; 및
    상기 집전부와 상기 탄성부재 사이에 개재되며, 상기 탄성부재에 접하는 접촉단부가 탄성재질을 포함하여 이루어지는 집전지지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 탄성부재는,
    상기 프레임부재와 결합되고, 상기 집전부재에 접하여 상기 집전부재를 탄성 지지하는 캔틸레버부;
    상기 캔틸레버부를 지지하며, 상기 프레임부재에 이동 가능하게 결합되는 레버지지부; 및
    상기 프레임부재와 상기 레버지지부를 연결하며, 구동력을 발생시켜 상기 레버지지부를 이동시키는 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 레버지지부는,
    상기 캔틸레버부에 접하는 롤러부; 및
    상기 롤러부를 회전 가능하게 지지하며, 상기 구동부에 결합되는 롤러지지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 롤러부는,
    한 쌍이 구비되어 각각 상기 캔틸레버부의 상면과 하면에 접하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 롤러부는,
    외주면이 상기 캔틸레버부의 형상에 대응하여 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 장치.
  7. 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동부는,
    상기 레버지지부에 결합되며, 상기 프레임부재에 이동 가능하게 결합되는 지지부결합부;
    상기 프레임지지부에 결합되며, 구동력을 발생시키는 구동력발생부; 및
    상기 지지부결합부와 구동력발생부를 연결하여, 상기 구동력발생부에서 발생된 구동력에 의하여 상기 지지부결합부가 이동되도록 하는 동력전달부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 지지부결합부는,
    상기 프레임부재가 삽입되도록 지지부결합홀이 구비되어, 상기 프레임부재 상에서 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 팬터그래프 장치.
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