KR20190084822A - 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은: 철도 화차의 하부에 구비된 설치 프레임; 일측이 상기 설치 프레임에 고정되고, 타측이 철도 화차의 차축에 가로방향으로 접촉 또는 이격 가능하게 구비되어, 상기 차축에 가로방향으로 접촉시 차축의 회전력을 가로방향으로 구비된 전동 축의 회전력으로 전환하는 전동 클러치; 상기 설치 프레임에 구비되어 상기 전동 클러치가 상기 차축에 대해 접촉 또는 이격 되게 구동하는 클러치 구동부; 상기 전동 축에 구비되어 철도 화차의 운행시 철도 화차의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기; 및, 상기 설치 프레임에 설치되고, 상기 발전기에서 변환되는 전기에너지가 저장되도록 상기 발전기에 연결된 축전부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 자체 동력 없이 기관차에 연결되어 기관차의 견인에 의해서만 철로를 따라 운행하는 철도 화차에서 야간에도 보수 작업을 간단히 수행할 수 있도록 전기에너지를 편리하게 이용하도록 할 수 있는 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템을 제공할 수 있다.

Description

철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템 {charging system using kinetic energy of freight car for railroad}

본 발명은 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자체 동력 없이 기관차에 연결되어 기관차의 견인에 의해 철로를 따라 운행하는 철도 화차의 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 획득 및 충전하여 이를 간단한 보수 작업 등에 이용하도록 할 수 있는 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템에 관한 것이다.

기차는 궤도를 달리는 열차나 그 기관차를 칭하는데, 이러한 기차는 일반적으로 착탈이 가능한 하나 이상의 철도차량으로 구성된다.

이러한 차량은 기능에 따라 기차가 이동 가능하게 하는 동력차(動力車)와, 승객을 태우는 객차(客車), 물건을 실어나르기 위한 화차(貨車) 등으로 나뉠 수 있다. 동력차 단독 또는 동력차와 객차 또는 화차가 용도에 맞게 결합되어 하나의 기차를 구성하는 것이다.

그 중 동력차와 복수 개의 화차가 결합된 형태의 화물운송기차는 시간이 지남에 따라 국내외의 교역을 위한 운송수단으로써 그 필요성이 더욱 커지고 있다.

이러한 화물운송기차에서 화물을 수송하기 위한 화차는 휠을 구비하여 레일 위로 화차가 안전하게 달리도록 하는 대차와, 대차의 상측으로 화물을 실을 수 있는 상판으로 이루어지는 것이 일반적이다.

일반적인 철도 화차의 일 예가 대한민국 실용신안 등록번호 제20-0388140호(2005년06월17일자 등록, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시되어 있다.

그러나, 일반적인 철도 화차는 자체 동력이 없기 때문에 기관차에 연결되어 기관차의 견인에 의해 철로를 따라 운행되어야 하는데, 야간에 보수 작업 등을 수행해야 할 때에는 작업 조명이나 점검 조명 또는 그밖에 전기에너지를 필요로 하는 다양한 종류의 작업 공구를 사용할 필요가 있더라도 별도의 전기 공급원이 가까이에 구비되지 않아 작업 수행이 어려워질 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 실용신안 등록번호 제20-0388140호(2005년06월17일자 등록)

본 발명의 목적은, 자체 동력 없이 기관차에 연결되어 기관차의 견인에 의해서만 철로를 따라 운행하는 철도 화차에서 야간에도 보수 작업을 간단히 수행할 수 있도록 전기에너지를 편리하게 이용하도록 할 수 있는 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은: 철도 화차의 하부에 구비된 설치 프레임; 일측이 상기 설치 프레임에 고정되고, 타측이 철도 화차의 차축에 가로방향으로 접촉 또는 이격 가능하게 구비되어, 상기 차축에 가로방향으로 접촉시 차축의 회전력을 가로방향으로 구비된 전동 축의 회전력으로 전환하는 전동 클러치; 상기 설치 프레임에 구비되어 상기 전동 클러치가 상기 차축에 대해 접촉 또는 이격 되게 구동하는 클러치 구동부; 상기 전동 축에 구비되어 철도 화차의 운행시 철도 화차의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기; 및, 상기 설치 프레임에 설치되고, 상기 발전기에서 변환되는 전기에너지가 저장되도록 상기 발전기에 연결된 축전부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은 상기 축전부에 저장된 전기에너지가 최대 수용치인 것으로 판단되면 상기 전동 클러치가 상기 차축으로부터 이격 되도록 상기 클러치 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은 상기 축전부에 저장된 전기에너지를 철도 화차의 외부에서 사용할 수 있도록 상기 축전부에 연결되며 상기 설치 프레임에서 철도 화차의 외측으로 노출되게 구비된 콘센트부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 자체 동력 없이 기관차에 연결되어 기관차의 견인에 의해서만 철로를 따라 운행하는 철도 화차에서 야간에도 보수 작업을 간단히 수행할 수 있도록 전기에너지를 편리하게 이용하도록 할 수 있는 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템이 적용된 철도 화차를 위에서 내려다본 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템이 적용된 철도 화차를 옆에서 바라본 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템의 제어 블록도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템이 적용된 철도 화차를 위에서 내려다본 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 철도 화차(10)의 하부에 구비된 설치 프레임(110)과, 일측이 설치 프레임(110)에 고정되고 타측이 철도 화차(10)의 차축에 가로방향으로 접촉 또는 이격 가능하게 구비되어 차축(20)에 가로방향으로 접촉시 차축(20)의 회전력을 가로방향으로 구비된 전동 축(121)의 회전력으로 전환하는 전동 클러치(120)와, 설치 프레임(110)에 구비되어 전동 클러치(120)가 차축(20)에 대해 접촉 또는 이격 되게 구동하는 클러치 구동부(130)와, 전동 축(121)에 구비되어 철도 화차(10)의 운행시 철도 화차(10)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기(140)와, 설치 프레임(110)에 설치되고 발전기(140)에서 변환되는 전기에너지가 저장되도록 발전기(140)에 연결된 축전부(141)를 포함한다.

이에 따라, 자체 동력 없이 기관차에 연결되어 기관차의 견인에 의해서만 철로를 따라 운행하는 철도 화차(10)에서 야간에도 보수 작업을 간단히 수행할 수 있도록 철도 화차(10)의 운행시 차축(20)이 회전되는 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 획득 및 충전함으로써, 필요 시 철도 화차(10)에서 전기에너지를 편리하게 이용하도록 할 수 있는 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템을 제공할 수 있다.

철도 화차(10)의 차축(20)은 전방과 후방에 각각 구비되며, 전방과 후방의 차축(20) 양단부에는 철도 레일을 따라 회전되는 차륜(30)이 구비된다.

본 발명의 일실시예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 전동 클러치(120)는 철도 화차(10)의 후방에 구비된 차축(20)보다는 전방에 구비된 차축(20)을 향해 접근 또는 이격 가능하게 구비된 것이 바람직하며, 철도 화차(10)의 전방 차축(20)에는 전동 클러치(120)의 접근시 전동 클러치(120)와 맞물리는 차축 기어(40)가 구비된 것이 바람직하다.

전동 클러치(120)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 설치 프레임(110)에 설치된 클러치 구동부(130)에 일측이 출몰 가능하게 구비되어 철도 화차(10)의 차축(20)에 가로방향, 즉 위에서 내려다 볼 때에 세로방향으로 배치된 전동 축(121)의 단부에 구비되어 차축 기어(40)에 접촉시 차축 기어(40)에 맞물리며 차축 기어(40)의 회전에 의해 차축(20)의 회전방향에 가로방향으로 전동 축(121)이 회전되도록 하는 전동 기어를 포함한다.

클러치 구동부(130)는 전동 축(121)이 철도 화차(10)의 전방 차축(20)을 향해 접근 또는 이격되게 전동 축(121)의 출몰을 구동하는 유압 또는 공압 실린더를 포함할 수 있다.

발전기(140)는, 설치 프레임(110)에 일측이 고정된 케이싱을 포함하며, 케이싱의 내측에는 영구자석이 구비되고, 케이싱의 내부에서 전동 축(121)을 감싸며 영구자석으로부터 이격 및 대향되게 다수의 코일이 구비된다.

축전부(141)는 발전기(140)에서 변환되는 전기에너지가 저장되어 충전되도록 하는 배터리를 포함한다.

한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은 축전부(141)에 저장된 전기에너지가 최대 수용치인 것으로 판단되면 전동 클러치(120)가 차축(20)으로부터 이격 되도록 클러치 구동부(130)를 제어하는 제어부(150)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 축전부(141)에 충전된 전기에너지가 최대 수용치이면 철도 화차(10)의 운행으로 차축(20)이 계속 회전되더라도 발전기(140)에서 더 이상 전기에너지로의 변환이 일어나지 않도록 제어부(150)에 의해 전동 클러치(120)가 차축 기어(40)로부터 맞물림이 해제되도록 제어되어 발전기(140)와 축전부(141)의 과부하를 방지하여 시스템의 고장이나 파손이 방지되고 보다 효율적인 전기에너지의 변환과 충전이 이뤄지도록 할 수 있다.

또한, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은 축전부(141)에 저장된 전기에너지를 철도 화차(10)의 외부에서 사용할 수 있도록 축전부(141)에 연결되며 설치 프레임(110)에서 철도 화차(10)의 외측으로 노출되게 구비된 콘센트부(160)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 철도 화차(10)나 그 주변에서 보수 작업 등을 수행해야 할 때에 콘센트부(160)에 작업 조명이나 점검 조명 또는 그밖에 전기에너지를 필요로 하는 작업 공구의 플러그를 연결하여 작업이 편리하게 수행되도록 할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은 설치 프레임(110)에서 철도 화차(10)의 외측으로 노출되게 구비되되 콘센트부(160)의 일측으로 노출되게 구비되며 제어부(150)에 연결되어 제어부(150)의 제어에 의해 축전부(141)에 저장된 전기 에너지의 충전 정도를 표시해주는 충전 표시부(170)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

충전 표시부(170)를 통해 표시되는 축전부(141)의 충전 정도는, 예컨대 녹색이면 충전 완료를 나타내고 적색이면 충전 여유가 있어 충전이 더 필요한 상태를 표시하는 것처럼 조명의 색상을 통해 표시되도록 하거나 축전부(141)의 충전 여유가 더 있는 경우에는 점멸등의 형태로 표시되도록 할 수도 있다.

이에 따라, 철도 화차(10)의 콘센트부(160)를 통해 전기를 이용하고자 할 때에 충전 표시부(170)를 통해 작업자가 축전부(141)의 충전 정도를 간편하게 인지하도록 함으로써, 사용이 더욱 편리해지도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 설치 프레임(110) 및 클러치 구동부(130)의 사이에 구비되어 철도 화차(10)가 곡선 구간을 주행할 때에 전방 차축(20)이 회전됨에 따라서 클러치 구동부(130)도 함께 회전되도록 하는 회전부(131)와, 발전기(140)에서 변환되는 전기에너지를 1차적으로 저장하였다가 축전부(141)에 저장된 전기에너지가 다 소모되고 나면 콘센트부(160)로 전기에너지가 추가로 공급되도록 하는 보조 축전기(180)와, 발전기(140) 및 제어부(150)에 연결되어 제어부(150)의 제어에 의해 발전기(140)에서 보조 축전기(180)로 전기에너지가 저장 되도록 하거나 발전기(140)에서 축전부(141)로 전기에너지가 저장되도록 하는 스위치부(143)를 더 포함할 수 있다.

회전부(131)는 제어부(150)에 의해 그 동작이 제어되도록 구비될 수도 있다.

이에 따라, 클러치 구동부(130)의 구동에 의한 전동 축(121)의 회전 전동이 곡선 구간 주행에서도 회전부(131)에 의해 원활히 이뤄지도록 할 수 있고, 축전부(141)에 충전된 전기에너지가 다 소모되더라도 보조 축전기(180)에 의해 전기에너지가 안정적으로 이용되도록 할 수 있으며, 발전기(140)에서 변환되는 전기에너지가 1차적으로 보조 축전기(180)에 저장되도록 한 뒤에 보조 축전기(180)의 충전이 완료되면 스위치부(143)에 의해 축전부(141)에 전기에너지가 2차적으로 원활히 저장되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 철도 화차(10)의 전방에 구비되고 축전부(141)에 전기적으로 연결되어 철도 화차(10)의 전방을 향해 조명을 제공하는 전방 안전등(191)과, 철도 화차(10)의 후방에 구비되고 축전부(141)에 전기적으로 연결되어 철도 화차(10)의 후방을 향해 조명을 제공하는 후방 안전등(193)을 더 포함할 수 있다.

이에 따라, 철도 화차(10)의 전진 주행시 전방 안전등(191)에 의해 철도 화차(10)의 전방에 위치한 다른 화차나 기관차 또는 작업자에게 주의 경고를 할 수 있으며, 철도 화차(10)의 후진 주행시 후방 안전등(193)에 의해 철도 화차(10)의 후방에 위치한 다른 화차나 기관차 또는 작업자에게 주의 경고를 할 수 있게 되어 안전사고를 예방하도록 할 수 있다.

상기에 의해 설명되고 첨부된 도면에서 그 기술적인 면이 기술되었으나, 본 발명의 기술적인 사상은 그 설명을 위한 것이고, 그 제한을 두는 것은 아니며 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술적인 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적인 사상을 이하 후술 될 특허청구범위에 기재된 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 설치 프레임 120 : 전동 클러치
121 : 전동 축 130 : 클러치 구동부
140 : 발전기 141 : 축전부
150 : 제어부 160 : 콘센트부

Claims (3)

1. 철도 화차의 하부에 구비된 설치 프레임;
   일측이 상기 설치 프레임에 고정되고, 타측이 철도 화차의 차축에 가로방향으로 접촉 또는 이격 가능하게 구비되어, 상기 차축에 가로방향으로 접촉시 차축의 회전력을 가로방향으로 구비된 전동 축의 회전력으로 전환하는 전동 클러치;
   상기 설치 프레임에 구비되어 상기 전동 클러치가 상기 차축에 대해 접촉 또는 이격 되게 구동하는 클러치 구동부;
   상기 전동 축에 구비되어 철도 화차의 운행시 철도 화차의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기; 및
   상기 설치 프레임에 설치되고, 상기 발전기에서 변환되는 전기에너지가 저장되도록 상기 발전기에 연결된 축전부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 축전부에 저장된 전기에너지가 최대 수용치인 것으로 판단되면, 상기 전동 클러치가 상기 차축으로부터 이격 되도록 상기 클러치 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 축전부에 저장된 전기에너지를 철도 화차의 외부에서 사용할 수 있도록 상기 축전부에 연결되며, 상기 설치 프레임에서 철도 화차의 외측으로 노출되게 구비된 콘센트부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 화차의 운동에너지를 이용한 충전 시스템.

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