KR930001029B1 - 전기차에 사용되는 팬터그래프용 접판 - Google Patents

전기차에 사용되는 팬터그래프용 접판 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

전기차에 사용되는 팬터그래프용 접판
제1도는 전기차에 사용되는 일반적인 팬터그래프의 주요부분을 나타내는 개략도.
제2(a)도는 종래의 전기차용 접판의 부분평면도.
제2(b)도는 제2(a)도의 접판의 부분측면도.
제3(a)도는 본 발명에 관한 전기차용 접판의 한가지 실시예의 부분평면도.
제3(b)도는 제3(a)도의 접판의 부분측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(10) : 팬터그래프 (12) : 집전헤드
(20)(40) : 접판 (A) : 표면부재
(B) : 이면부재 (C) : 나사
(D) : 나사구멍
본 발명은 전기차(electric railcar)에 사용되는 팬터그래프(panto graph)용 접판(摺板)(contact strip)에 관한 것으로, 특히 윤활유를 사용하지 않고 트롤리와이어(trolley wire)위를 슬라이딩하면서 트롤리와이어로부터 집전(集電)하며, 경량이고 내마모성을 보유하므로 일본의 신칸센(新幹線)등과 같은 고속전기차에 사용하기에 접합한 팬터그래프용접판(이하, “접판”이라 칭함)에 관한 것이다. 일반적으로, 다수의 접판(20)은 서로 일렬로 연결되고, 또한 전기차의 팬터그래프(10)상부에 2열로 고정된 집전헤드(collector head) 또는 집전슈우즈(collecting shoes)(12)위에 서로 밀착연결되어 설치된다.
예를들어, 일본의 신칸센전기차의 경우에는, 하나의 팬터그래프에 6개의 접판, 즉 각 집전헤드당 3개의 접판이 부착되고, 일본의 재래선 전기차의 경우에는, 하나의 팬터그래프에 8개의 접판, 즉 각 집전헤드당 4개의 접판이 부착된다.
전기기관차에는 하나의 팬터그래프에 12개의 접판, 즉 각 집전헤드당 6개의 접판이 부착된다.
제2(a)도 및 제2(b)도에 표시된 바와 같이, 그와 같은 전기차에 사용되는 종래의 접판(20)의 구조는 모두 동일한 재료의 소결합금으로 이루어져 있다.
이러한 종류의 접판은 그것이 사용되는 전기차의 속도에 대응하여 인장강도, 충격치, 경도등과 같은 우수한 기계적 특성과 전기비저항이 요구되고 있다.
현재, 신칸센전기차의 규격은 철계(鐵系)내마모소결합금의 비중은 7이상, 동계(銅系)내마모소결합금의 비중은 8이상일 것을 요구한다.
상기한 비중이하의 비중을 보유하는 재료는 신칸센전기차에 사용되는 부품에 요구되는 기계적 특성과 전기적 특성을 만족시킬 수 없다. 전기차에 사용하기 위한 그와 같은 종래의 내마모소결합금에는 일본특공소 55-44143호, 특공소 54-42332호, 특공소 52-24487호 및 특공소 50-36809호 공보등이 있다.
현재의 일본 신칸센전기차용 접판의 규격은 두께(T)가 10mm, 폭(W)이 25mm, 길이(L)가 270mm일 것을 요구한다.
즉, 철계내마모소결합금은 접판당 중량이 약 480g이고, 동계내마모소결합금은 접판당 중량이 약 560g이다.
전술한 바와 같이, 신칸센전기차에는 하나의 팬터그래프당 6개의 접판이 사용되므로, 철계내마모소결합금으로 이루어진 접판의 합계중량은 약 2880g이고, 동계내마모소결합금으로 이루어진 접판의 합계중량은 약 3360g이다.
이와 같이, 현재의 전기차용접판은 상당히 무거우므로, 전기차는 스프링의 압상력(押上力) 5.5Kg으로 팬터그래프를 트롤리와이어에 대해 아래쪽으로부터 밀어몰려 통전(通電)하여 진행된다. 그러나, 전기차의 속도가 고속으로 됨에 따라, 접판의 트롤리와이어에 대한 추수성(追隨性)(follow up)이 악화되어 접판과 트롤리와이어 사이에 아아크가 발생하므로, 트롤리와이어와 접판의 아아크발생에 의한 마모가 증대한다.
즉, 전기차가 진행할때에 발생되는 접판과 트롤리와이어의 마모는, 팬터그래프에 부착된 접판과 트롤리와이어와의 기계적 슬라이딩에 의한 마모와, 아아크발생에 의한 마모와의 합산으로 된다.
즉, 전기차의 속도가 고속으로 되면 될수록 접판의 트롤리와이어에 대한 추수성이 악화되므로, 아아크발생에 의한 마모는 증가한다.
따라서, 본 발명은 200Km/H 이상의 고속으로 주행하는 전기차에 사용하기 적합한 접판을 제공하여 상기한 종래 접판의 결점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전기차가 주행할때 트롤리와이어에 대한 추수성이 개선되어 접판과 트롤리와이어의 마모를 최소화하는 경량의 고내마모접판을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적은, 트롤리와이어로부터 집전하기 위하여 트롤리와이어에 접촉되는 표면부재와, 집전헤드에 부착되는 이면부재에 구성되는 접판을 제공하여 달성될 수 있으며, 표면부재는 소망하는 기계적 특성과 전기비저항을 보유하는 내마모금속판으로 구성하고, 이면부재는 표면부재와 동등 또는 그 이상의 기계적 특성을 보유하고 표면부재와 동등 또는 그 이하의 전기비저항을 보유하며 비중이 표면부재의 비중보다 작은 금속판으로 구성하고, 표면부재와 동등 또는 그 이하의 전기비저항을 보유하며 비중이 표면부재의 비중보다 작은 금속판으로 구성하고, 표면부재와 이면부재를 서로 일체적으로 결합하여, 고속전기차용 접판에 요구되는 기계적 특성과 전기적 특성을 유지하면서 전체접판의 비중을 감소시킬 수 있다.
이하에, 본 발명에 관한 접판의 실시예를 종래의 접판을 나타내는 제2(a)도 및 제2(b)도에 각각 대응하는 제3(a)도와 제3(b)도를 참조하여 설명한다.
본 실시예의 접판(40)은, 트롤리와이어로부터 집전하기 위하여 트롤리와이어에 접촉되는 표면부재(A)와, 집전헤드에 부착되는 이면부재(B)로 구성된다.
표면부재는 JIS(일본공업규격)에 규정된 요건에 따라, 길이 L(=270mm)과 폭 W(=25mm)을 보유하고, 또 두께 t2는 JIS의 요건에 적합하는 두께 T보다 작다. 이면부재(B)는 JIS의 요건에 따라 길이 L, 폭 W, 두께 t1(=T-t2)을 보유한다.
이들 양쪽 부재는 별체로 제조하여 서로 중합시켜서 나사(C)로 일체적으로 결합한다.
표면부재(A)는 소망하는 기계적 특성과 전기비저항을 보유하는 내마모소결합금으로 구성되고, 이면부재(B)는 표면부재와 동등 또는 그 이상의 기계적 특성을 보유하고, 표면부재와 동등 또는 그 이하의 전기비저항을 보유하며 비중이 표면부재의 비중보다 작은 금속판으로 구성된다.
도면에서, 부호(D)는 접판(40)을 집전헤드에 부착하기 위한 나사구멍을 나타낸다.
상기한 두께 t1과 t2는 접판이 적용되는 팬터그래프를 보유하는 전기차에 따라 다소간 변동하지만, t1=3-5mm, t2=5-7mm로 하는 것이 적당하다.
이하에, 두께가 각각 t1=t2=5mm인 표면부재와 이면부재를 보유하는 접판의 예를 설명한다.
(실시예 1)
신칸센전기차의 팬터그래프용 철계접판으로서 현재 사용되고 있는, 인장강도 23Kg/mm, 샤르피(charpy) 충격치 1.3Kgm/cm2, 브리넬경도 95, 전기비저항 36μΩcm, 비중 7의 물성(physical property)을 보유하는 표면부재(A)를 두께 5mm, 폭 25mm, 길이 270mm로 형성하고, 인장강도 46Kg/mm, 샤르피충격치 3Kgm/cm2, 브라넬경도 98, 전기비저항 3.2μΩcm, 비중 2.8의, 물성을 보유하는 고장력알루미늄 합금으로 두께 5mm, 폭 25mm, 길이 270mm인 이면부재(B)를 형성하고, 이들 양쪽 부재를 서로 중합시켜 나사(C)로 일체적으로 결합하여, 두께 10mm, 폭 25mm, 길이 270mm이고 중량이 약 333g인 철계경량복합 내마모접판을 얻었다.
(비교예 1)
실시예 1에서의 표면부재(A)와 동일한 재료로 두께 10mm, 폭 25mm, 길이 270mm인 철계내마모접편(중량 약 480g)을 제조하였다.
(실시예 2)
신칸센전기차의 팬터그래프용 철계접판으로서 현재 사용되고 있는, 인장강도 22Kg/mm, 샤르피충격치 1.5Kgm/cm2, 브리넬경도 91, 전기비저항 18μΩcm, 비중 8의 물성을 보유하는 표면부재(A)를 두께 5mm, 폭 25mm, 길이 270mm로 형성하고, 실시예 1에서와 같이 동일한 고장력알루미늄 합금으로 이면부재(B)를 형성하고, 이들 양쪽부재를 중합시켜 나사(C)로 일체적으로 결합하여, 두께 10mm, 폭 25mm, 길이 270mm이고 중량이 약 373g인 동계경량 복합내마모접판을 얻었다.
(비교예 2)
실시예 2에서의 표면부재(A)와 동일한 재료로 두께 10mm, 폭 25mm, 길이 270mm인 동계내마모접편(중량 약 560g)을 제조하였다.
상기한 실시예 1과 비교예 1사이의 물성의 비교로부터 명백하듯이, 실시예 1은 인장강도, 샤르피충격치, 브리넬경도등 모두가 비교예 1보다 크다.
또한 전자의 전기비저항은 후자보다 작으며, 더구나 전자는 후자보다 경량이다.
마찬가지로, 실시예 2와 비교예 2사이의 물성의 비교로부터 알 수 있듯이, 실시예 1과 비교예 1사이의 관계의 경우와 같이 전자는 후자보다 기계적 특성 및 전기적 특성이 우수하고, 또한 전자는 후자보다 경량이다.
(시험결과)
상기한 실시예 1-2에 의해 얻어진 복합접판과 비교예 1-2에 의해 얻어진 크기가 10×25×270mm인 단체(單體)접판으로부터 크기가 10×25×90mm인 시험편을 잘라내어, 직경이 약 640mm인 회전식 집전마모 시험기의 회전판위에 부착하였다. 시험편을 직경이 대략 640mm인 원주위에 설치된 GT 단면적 110mm2의 트롤리와이어위를 5.5Kg의 압상력으로 트롤리와이어에 억누르면서 AC 100A의 전원으로 60분동안 160km/H의 슬라이딩속도로 슬라이드시켰다.
시험편이 트롤리와이어의 원주의 소정위치를 일만회통과한 후, 각 시험편의 비마모율(specific wearrate)과 트롤리와이어의 마모두께(mm)를 측정하였다. 그 측정결과를 아래의 표에 표시한다.
(비교결과)
[표 1]
Figure kpo00001
비마모율은 접판이 1kg의 하중하에 트롤리와이어에 억누르면서 1mm의 거리를 슬라이드할 때 접판의 마모체적(mm3)으로 표시되면, 트롤리와이어의 마모두께(mm)는 마이크로미터를 사용하여 측정되어 원주를 따라 사용하여 측정되어 원주를 따라 등간격으로 떨어져 있는 소정의 8군데 위치에서의 마모두께(mm)의 평균치로 표시된다.
상기한 표에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의해 얻어진 실시예 1 및 2의 복합접판은, 비교예 1 및 2의 단일 재료로 제조된 단체접판에 비교하여 경량이므로, 트롤리와이어에 대한 추수성이 양호하다.
따라서, 접판과 트롤리와이어의 아아크발생에 의한 마모를 현저하게 감소시킬 수 있다.
전기한 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2의 중량은 다음과 같다.
실시예 1에 의해 얻어진 접판 1개의 중량 : 약 330g
비교예 1에 의해 얻어진 접판 1개의 중량 : 약 480g
즉, 실시예 1/비교예 1=330/480=약 0.69
실시예 2에 의해 얻어진 접판 1개의 중량 : 약 373g
비교예 2에 의해 얻어진 접판 1개의 중량 : 약 560g
즉, 실시예 2/비교예 2=373/560=약 0.67
다음에, 하나의 팬터그래프에 사용된 전체접판의 중량을 실시예와 비교예사이에서 비교한다.
신칸센전기차의 경우, 하나의 팬터그래프에 6개의 접판이 사용된다. 즉, 비교예 1의 경우에서는 480g×6=2880g이고, 실시예 1에서 접판의 중량은 330g×6=1998g이다.
따라서, 비교예 1의 중량은 실시예 1의 중량보다 882g 더 크다. 마찬가지로, 비교예 2의 접판중량은 560g×6=3360g이고, 실시예 2의 접판중량은 373g×6=2238g이다.
따라서, 비교예 2와 실시예 2사이에는 1122g의 중량차가 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 관한 접판은, 소망하는 기계적 특성과 전기비저항을 보유하는 내마모금속판으로 이루어진 표면부재와, 표면부재와 동등 또는 그 이상의 기계적 특성을 보유하고 표면부재와 동등 또는 그 이하의 전기비저항을 보유하며 비중이 표면부재의 비중보다 작은 금속판으로 이루어진 이면부재로 구성되어, 표면부재와 이면부재가 서로 일체적으로 결합된다.
그러므로, 접판은 접판으로서의 필요한 성능을 보유하면서 트롤리와이어에 대한 추수성을 개선하기 위해 전체중량을 감소시킬 수 있다.
이면부재는, 표면부재보다 내마모윤활성에 있어서는 다소 뒤떨어지지만, 신칸센전기차의 경우에 있어서는 안전운행을 위해 접판의 두께가 약 5mm 정도로 감소되면 접판을 새로운 접합으로 교환하므로, 이면부재가 표면부재보다 내마모윤활성이 뒤떨어지는 것은 실제로 하등의 문제가 되지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 내마모슬라이드기능과 집전기능을 보유하면서 경량화된 접판을 제공할 수 있으므로, 트롤리와이어에 대한 접판의 추수성이 상당히 개선되어 트롤리와이어에서 접판이 이탈되는 것에 의한 아아크의 발생이 감소된다.
따라서, 접판자체의 마모뿐만 아니라 틀로리와이어의 마모를 효율적으로 최소화시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 트롤리와이어로부터 집전(集電)하기 위하여 트롤리와이어에 접촉되는 표면부재(A)와 집전헤드(12)에 부착되는 이면부재(B)로 이루어지는 전기차에 사용되는 팬터그래프용 접판에 있어서, 전기한 표면부재(A)는 소망하는 기계적 특성과 전기비저항을 보유하는 내마모금속판으로 구성하고, 전기한 이면부재(B)는 전기한 표면부재(A)와 동등 또는 그 이상의 기계적 특성을 보유하고 전기한 표면부재(A)와 동등 또는 그 이하의 전기비저항을 보유하며 비중이 전기한 표면부재의 비중보다 작은 금속판으로 구성하여, 전기한 표면부재(A)와 이면부재(B)를 서로 일체적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 전기차에 사용되는 팬터그래프용 접판.
  2. 제1항에 있어서, 전기한 표면부재(A)와 이면부재(B)의 두께는 각각 규격치수의 1/2인 것을 특징으로 하는 전기차에 사용되는 팬터그래프용 접판.
  3. 제1항에 있어서, 전기한 표면부재(A)는 철계 또는 동계내마모소결합금으로 구성되고, 전기한 이면부재(B)는 고장력알루미늄합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차에 사용되는 팬터그래프용 접판.
  4. 제2항에 있어서, 전기한 표면부재(A)는 철계 또는 동계내마모소결합금으로 구성되고, 전기한 이면부재(B)는 고장력알루미늄합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차에 사용되는 팬터그래프용 접판.
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