KR20090101429A

KR20090101429A - 트롤리 전기자동차

Info

Publication number: KR20090101429A
Application number: KR1020090084160A
Authority: KR
Inventors: 천 주 염
Original assignee: 천 주 염
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2009-09-28

Abstract

본 발명은 트롤리 전기자동차에 관한 것으로, 기존의 트롤리 전기자동차가 갖고 있던 장점은 극대화하는 동시에 단점들을 해소하고, 일반 배터리식 전기자동차나 수소연료전지자동차 또는 하이브리드카에 비하여 보다 현실적이고 경제적인 운송수단으로 보급할 수 있도록 한 전기자동차를 제공하기 위한 것인 바, 도로 위의 공중에 설치되며 도로 위를 주행하는 전기자동차에 전기를 공급하기 위한 빔 형태의 강체로 이루어진 강체가선(150)을 갖는 급전장치(100); 상기 강체가선(150)에 접촉하여 강체가선(150)으로부터 전기자동차로 전기를 공급하는 집전장치(200); 차체의 상부에 상기 집전장치(200)가 고정되어 강체가선(150)을 따라 이동하면서 동시에 지속적인 충전이 이루어져 가선으로부터 전기를 공급받을 수 없는 구역의 이동시 사용되는 전기를 공급하는 충전용 배터리(310) 및 모터(320)를 탑재한 전기자동차(300); 를 포함하여 이루어진다.

Description

트롤리 전기자동차 {trolley electric power vehicle}

본 발명은 트롤리 전기자동차에 관한 것으로, 기존의 트롤리 전기자동차가 갖고 있던 장점은 극대화하는 동시에 단점들을 해소하고, 최근에 일부 운행되고 있는 일반 배터리식 전기자동차나 수소연료전지자동차 또는 하이브리드카에 비하여 보다 현실적이고 경제적인 운송수단으로 사용할 수 있도록 한 트롤리 전기자동차에 관한 것이다.

내연기관의 발명에 의해 출현하게 된 자동차는 인류의 생활에 없어서는 아니 되는 필수품이긴 하나 환경오염의 주범 및 막대한 에너지의 소비에 의한 에너지 고갈 문제를 초래하게 되었으며, 내연기관을 동력으로 하는 자동차 대신 전기나 수소연료 또는 내연기관과 이들을 조합한 하이브리드 자동차가 개발되어 사용되고 있는 추세에 있다.

한편, 전기자동차는 크게 세 종류로 나뉠 수 있는데, 첫 번째는 열이나 화학반응 등으로 직접 전기를 발생하는 연료전지나 태양전지 등을 사용하는 것으로, 태양전지로 달리는 자동차가 유망하긴 하지만 평균시속이 느리기 때문에 보다 고성능의 태양전지 개발이 요구되고 있다. 두 번째는 축전지에 미리 비축한 전력으로 달리는 차인데, 이 자동차는 전기모터를 사용하므로 거의 무소음, 무진동이고 배기가스를 내뿜지 않으므로 대기를 오염시키는 일도 없으며, 중량에 대해 출력이 충분하면 변속기를 내장하고 있는 것이나 다름없이 별도의 클러치나 변속기를 필요로 하지 않아 운전이 매우 쉬운 반면, 전지의 축전 능력에 한계가 있고, 크고 무거우며, 1회 충전 당 주행거리가 짧다. 세 번째는 축전지식 자동차를 보충하는 방법으로 소형의 가솔린 기관을 싣고 항상 정속으로 발전하여 축전지에 충전하면서 달리는 하이브리드방식인데, 발전용 가솔린 기관은 상대적으로 작고 또 정속운전을 하므로 연료 소모량도 적으며 배기가스 대책도 세우기 쉽다.

이처럼 자동차를 비롯한 운송수단에 있어서 친환경은 이제 의무가 아니라 하나의 대세로 자리해 가고 있으며, 소비자들 또한 환경에 대한 인식도 높아져 이제는 친환경으로 가지 않으면 후대에게 물려줄 더이상의 깨끗하고 살기 좋은 자연환경은 기대할 수 없다는 것을 인식하게 되었다. 또, 전문가들은 이산화탄소의 배출로 인해 북극의 영구동토가 농지로 변하고, 지구 해수면이 지금보다 높아지면 전쟁이 수반될 수밖에 없다고 지적하고 있는바, 친환경 자동차는 인류의 평화를 위해서도 절실한 셈이다.

한편, 수소연료전지를 사용하는 자동차는 제작비용이 일반 자동차에 비하여 지나치게 비싸고, 수소연료 충전소를 새롭게 설치하여야 하므로 많은 비용이 소요되는 문제점이 있어서 대중화하는데 장애가 있고, 축전지식 전기자동차의 경우에는 한 번 충전으로 주행할 수 있는 거리가 제한적이며, 축전지가 고가인 것은 물론 수명이 짧으며, 배터리의 무게와 부피로 인해 차량의 주행성능이 떨어지고, 주로 소형차에만 적용이 가능한 한계점과 배터리 충전시간도 길게 소요되어 순발력이 떨어지는 문제점이 지적되고 있다.

친환경 자동차는 배출가스 감소가 절대 과제로 이러한 배출가스를 줄이려는 노력은 하이브리드 시대를 끌어내고 있으며, 하이브리드 초창기에는 전기의 역할이 20%에 불과했으나, 현재는 최대 80%까지 확대된 상황이며, 이대로만 간다면 내연기관은 사라지고 전기로만 구동되는 전기차 시대가 도래할 것으로 예상되나, 아직도 위에서 언급한 배터리의 무게와 부피 및 가격과 충전에 대한 문제가 남아있다.

이러한 상황에서 새롭게 부각되고 있는 방식이 트롤리 전기자동차인데, 이는 전기를 공급하는 가선을 도로 위의 공중에 설치한 상태에서 차량에 집전설비(팬터그라프)를 설치하여 공중의 가선과 접촉한 상태에서 전기를 공급받아 주행하도록 함으로써 무거운 배터리를 차량에 탑재하고 다니지 않아도 되는 전기 자동차이다.

한편, 종래의 트롤리 자동차는 차선을 자유롭게 변경할 수 없다는 단점과 가선이 유연성을 갖는 도전성 와이어로 이루어져 있어 가선을 고정시켜주기 위한 다수의 지지선들로 인하여 도로 위의 공중이 매우 복잡한 단점이 있었으며, 곡선도로에서 이 와이어로 이루어진 가선을 도로의 곡률에 맞게 설치하는 것이 매우 까다로운 문제점으로 인해 현재 일부 국가에서만 운용되고 있는 상황이다.

한편, 도로 바닥에 급전코일이 내장된 급전장치를 매설하여 전자기유도방식에 의해 자동차에 전원을 공급하는 방식의 자동차는 급전장치와 집전장치의 간격이 1cm에 불과하여 노면상태를 고르게 해주는데 한계가 있었으며, 도로 위에 눈이나 비가 덮일 경우 원활한 전원공급이 어려워지게 되는 문제점이 있었을 뿐만 아니라 전력의 송전효율도 낮은 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 과중한 무게와 부피로 인한 자동차의 중량문제 및 고가의 가격과 영구적이지 못한 배터리 문제로부터 비교적 자유로운 기존 트롤리 방식 전기 자동차를 위한 급전장치 및 집전장치를 개선하여 주행시 차선의 자유로운 변경이 가능하도록 하고, 교차로에서의 가선설치도 단순화 또는 생략할 수 있도록 하여 출발지에서부터 목적지까지 원활한 운행이 가능하도록 하며, 소형 승용차에서부터 트럭을 포함한 대형차량까지도 전기를 동력으로 하여 운행할 수 있는 친환경의 트롤리 전기자동차를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도로 위의 공중에 설치되며 도로 위를 주행하는 전기자동차에 전기를 공급하기 위한 강체로 이루어진 강체가선을 갖는 급전장치; 상기 급전장치의 강체가선에 접촉하여 강체가선으로부터 전기자동차로 전기를 공급하는 집전장치; 상기 강체가선을 따라 이동하면서 동시에 지속적인 충전이 이루어져 가선으로부터 전기를 공급받을 수 없는 구역의 이동시 사용되는 전기를 충전용 배터리 및 전기모터를 탑재한 전기자동차; 를 포함하여 이루어지는 트롤리 전기 자동차를 제공한다.

본 발명에서 상기 급전장치는 도로 외곽에 도로를 따라 일정 간격으로 세워지는 지주와, 도로 좌우 측의 지주 사이에 수평으로 연결되는 크로스바와, 도로의 차선을 따라 상기 크로스바의 하부에 높이조절이 가능하도록 연속설치되는 빔 부재와, 이 빔 부재의 하부에 절연용 애자에 의해 상기 빔 부재와 절연상태를 유지할 수 있도록 설치되며 전기가 공급되는 강체로 이루어진 강체가선을 포함하여 이루어지며, 이 강체가선은 도로 위의 차선마다 하나(한 줄)씩 설치되어 전기자동차가 차선을 변경할 때 집전장치가 변경 전 차선에서 변경 후 차선의 가선으로 이동할 수 있도록 되어 있다.

또, 본 발명에서 상기 강체가선은 도로를 따라 연속적으로 설치되되, 도로와 도로가 교차하는 교차로나 로터리 지점의 공중에는 강체가선이 설치되지 않고, 이 구역에서는 자동차의 주행 관성이나 자동차에 탑재된 충전용 배터리의 전원에 의해 주행할 수 있도록 하며, 상기 교차로나 로터리를 지나 자동차가 차선으로 재진입하는 구역에서는 전기자동차의 집전장치가 상기 가선으로 안전하게 유도되어 접촉할 수 있도록 가선의 선단부가 상방으로 벤딩된다.

본 발명에서 상기 집전장치는 급전장치의 강체가선에 접촉하는 집전부와, 이 집전부의 좌,우 양측에 형성되어 이 집전부를 강체가선으로 유도하는 가이드 윙과, 상기 가이드 윙의 하부와 차체 상부의 암 사이에 위치하는 유니버설 조인트 형태로 이루어진 하부 지지수단을 포함하여 이루어지며, 상기 가이드 윙의 형태는 기본적으로 좌우 측이 상방 외측을 향하여 경사진 날개 형태를 이루며, 좌우측이 각각 후방 상부를 향하여 경사진 형태를 이루도록 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 다른 실시 예에서 상기 가이드 윙은 절첩식으로 이루어진다.

또한, 본 발명에서 상기 가이드 윙 내측의 집전부는 가선에 접촉하는 부분이 마찰판, 트롤리 슈, 디스크, 트롤리 롤러(휠) 등의 다양한 방식으로 제작될 수 있다.

또, 본 발명에서 상기 가이드 윙과 집전부는 좌우 대칭형이나 코로나현상을 방지할 수 있는 비대칭 형태로 제작될 수 있다.

본 발명에 의한 트롤리 전기자동차는 차선을 자유롭게 변경하면서 운행할 수 있고, 운행중 충전을 할 수 있으므로 별도의 충전소가 필요 없을 뿐만 아니라 충전을 위하여 정차할 필요가 없으며, 집전장치를 통한 전기 수급률이 100%로 전력효율이 높아 에너지소모량을 최소화할 수 있고, 배터리는 가선이 설치되지 않은 구역인 교차로나 주 도로에서 집이나 차고까지의 주행시에만 사용되므로 소용량의 것을 탑재하여도 되기에 자동차의 중량감소는 물론 제작비를 절감할 수 있으며, 소형 차종에 국한되지 않고 모든 종류의 차종에 적용할 수 있고, 기존의 내연기관 자동차를 개조하여 전기자동차로 사용할 수도 있으므로 기존의 내연기관 자동차나 하이브리드 자동차 또는 수소연료전기 자동차 및 배터리식 전기자동차에 비하여 저렴한 비용으로 운행할 수 있는 친환경적인 운송수단을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 의한 트롤리식 전기자동차를 위한 급전장치가 전 차선에 설치된 교차로의 사시도,

도 2는 본 발명에 의한 집전장치의 강체가선 진입부 확대사시도,

도 3은 본 발명에 의한 집전장치의 정면도,

도 4는 본 발명에 의한 집전장치의 측면도,

도 5는 급전장치가 일부 차선에만 설치된 교차로의 사시도,

도 6은 본 발명에 의한 트롤리식 전기자동차의 다양한 형태를 도시한 측면도,

도 7은 도 6에 도시된 소형 승용 전기자동차의 집전장치 하부의 암 확대도,

도 8은 도 6에 도시된 버스형 전기자동차의 집전장치 하부의 암 확대도,

도 9는 도 6에 도시된 트럭형 전기자동차의 집전장치 하부의 암 확대도,

도 10은 도 6에 도시된 대형 전기자동차의 집전장치 하부의 암 확대도,

도 11은 텔레스코픽형 암의 확대도,

도 12는 집전장치가 급전장치에 접속된 상태에서 차량의 좌우이동주행상태를 도시한 평면도,

도 13은 암의 수평회동상태를 도시한 평면도,

도 14는 4절 링크의 승강동작을 위한 전동액추에이터의 정면도

도 15는 도 14에 도시된 전동액추에이터의 측면도,

도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 전동액추에이터의 평면도,

도 17은 상부 암의 중심 복원기구를 도시한 측단면도,

도 18은 도 17에 도시된 중심 복원기구의 작동상태를 도시한 평면도,

도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 중심복원기구를 도시한 측단면도,

도 20은 스프링 방식의 중심복원기구의 다양한 예를 도시한 평면도,

도 21은 가스 실린더 방식의 중심복원기구의 다양한 예를 도시한 평면도,

도 22는 스프링과 가스 실린더 조합형 중심복원기구의 다양한 예를 도시한 평면도,

도 23은 본 발명의 일 실시 예에 의한 집전장치와 급전장치를 도시한 정면도,

도 24는 본 발명의 일 실시 예에 의한 집전장치와 급전장치를 도시한 측면도,

도 25는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 집전장치와 급전장치를 도시한 정면도,

도 26은 도 25에 도시된 집전장치와 급전장치의 측면도,

도 27은 집전부가 강체가선에서 강제로 이탈하는 상태를 도시한 평면도,

도 28 및 도 29는 집전장치가 강체가선에 진입하는 상태를 도시한 정면도,

도 30은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 급전장치와 집전장치의 정면도,

도 31은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 급전장치의 집전장치의 정면도,

도 32 및 도 33은 집전장치의 직선형 가이드 윙 구조를 도시한 사시도,

도 34 및 도 35는 윙 팁 부착형 직선형 가이드 윙 구조를 도시한 사시도,

도 36 및 도 37은 후퇴익형 가이드 윙을 도시한 정면도 및 평면도,

도 38 및 도 39는 윙 팁이 부착된 후퇴익형 가이드 윙을 도시한 정면도 및 평면도,

도 40 및 도 41은 플랫형 마찰판을 착설한 집전기를 도시한 정면도,

도 42는 디스크형 마찰판을 착설한 집전기를 도시한 것이며,

도 43 더블 디스크형 마찰판을 착설한 집전기를 도시한 것이고,

도 44 및 도 45는 트롤리 롤러를 착설한 집전기를 도시한 것이며,

도 46 및 도 47은 더블 트롤리 롤러를 착설한 집전기를 도시한 것이고,

도 48은 트롤리 슈를 착설한 집전기를 도시한 것이며,

도 49 내지 도 51은 가이드 윙의 다양한 형태로, 도 49는 통형 가이드 윙을 도시한 것이고, 도 50은 선형 가이드 윙을 도시한 것이며, 도 51은 판형 가이드 윙을 도시한 것이고,

도 52 내지 도 55는 엇나기형 집전장치를 도시한 것으로, 도 52는 기본형으로 절연용 애자가 수직으로 배치된 것이고, 도 53은 보조날개가 부착된 집전장치를 도시한 것이며, 도 54는 기본형으로 절연용 애자가 수평으로 배치된 것이고, 도 55는 보조날개가 부착된 집전장치를 도시한 것이며,

도 56 및 도 57은 접이식 가이드 윙의 절첩상태도이고,

도 58 및 도 59는 각각 도 56 및 도 57의 B-B선 및 C-C선 단면도이며,

도 60은 교체식 가이드 윙의 다양한 구조를 도시한 단면도,

도 61 및 도 62는 집전장치의 하부에 프로텍터가 부착된 것을 도시한 정면도와 측면도이고,

도 63은 본 발명에 의한 전기자동차의 개략적인 블록구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 강체가선 110 : 지주

120 : 크로스바 130 : 빔 부재

140 : 절연용 애자 150 : 강체가선

200 : 집전장치 210 : 집전부

220 : 가이드 윙 230 : 하부 지지수단

240 : 절연용 애자 250 : 스테빌라이저

260 : 프로텍터 300 : 전기자동차

310 : 배터리 320 : 모터

330 : 구동컨트롤러 340 : 액추에이터 제어부

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 트롤리식 전기자동차를 위한 급전장치의 설치상태를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 의한 급전장치를 이루는 강체가선의 진입부(도 1의 A부)를 확대 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 의한 급전장치의 정면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 급전장치의 측면도이다. 또, 도 5는 본 발명의 급전장치를 도로의 일부 차선에만 설치한 상태를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 트롤리식 전기 자동차를 위한 급전장치(100)는 일반 자동차가 다니는 기존의 도로(R) 위에 설치되며 도로 위를 주행하는 다양한 종류의 전기자동차(도 6 참조)에 교류 또는 직류를 공급하기 위한 것으로, 이는 도로(R)의 외곽에 도로를 따라 일정 간격으로 세워지는 지주(110)와, 도로 좌우 측의 지주(110) 사이에 수평으로 연결되는 크로스바(120) 또는 보(120')와, 도로의 차선을 따라 상기 크로스바(120) 또는 보(120')의 하부에 높이조절이 가능하도록 연속설치되는 빔 부재(130)와, 이 빔 부재(130)의 하부에 절연용 애자(140)에 의해 상기 빔 부재(130)와 절연상태를 유지할 수 있도록 설치되며 전기가 공급되는 강체로 이루어진 강체가선(150)을 포함하여 이루어져 있다.

본 발명에서 상기 강체가선(150)은 도로 위의 차선마다 하나씩 설치되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 편도 2차선(왕복 4차선) 도로인 경우에는 1차선과 2차선의 상부 중앙 측에 각각 강체가선(150)이 설치된다.

또한, 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이 도로 위의 일부 차선 위에만 급전장치(100)를 설치하여 전기자동차 전용차선으로 운용할 수도 있다.

본 발명에서 상기 강체가선(150)은 차선마다 설치되므로 자동차가 차선을 1차선에서 2차선으로 또는 2차선에서 1차선으로 변경하고자 할 경우에는 각 전기 자동차의 상부 측에 설치된 집전장치도 차선의 변화에 따라 가선을 변경하여 접촉하게 되는바, 이에 의해 자동차는 앞 차량을 추월하거나 정차하고 있는 차량을 피해서 자유롭게 운행할 수 있다.

상기 빔 부재(130)는 크로스바(120)의 하부에 고정브라켓(132)에 의해 노면으로부터 일정한 높이를 유지할 수 있도록 조절되며, 크로스바(120)의 길이방향을 따라 임의의 위치에 설치할 수 있도록 되어 있다.

상기 빔 부재(130)에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 빔 부재(130)의 하부에 설치되는 절연용 애자(140)와 강체가선(150)을 외부의 충격으로부터 보호하고 비나 눈으로부터 방수역할을 할 수 있도록 보호용 커버(134)가 더 씌워질 수 있으며, 각각의 절연용 애자(140) 외부에도 애자를 보호하기 위한 보호용 커버(도시생략됨)를 씌울 수도 있다.

상기 빔 부재(130)는 도면에 도시된 바와 같은 단순한 "I" 형 빔 외에도 사각 단면형태의 것을 사용할 수도 있음은 물론이다.

또, 상기 보호용 커버(134)의 내측에 위치한 양측의 절연용 애자(140)와 강체가선(150)사이에는 가이드 윙의 진입시 집전장치의 가이드 윙이 양측 강체가선(150) 사이의 공간에 끼이는 것을 방지하기 위한 스페이서(136)가 설치되어 있다.

상기 스페이서(136)는 도면에 도시된 바와 같이 상부가 빔 부재(130)에 고정되는 면을 갖고, 하부는 좌우 측 절연용 애자(140)와 강체가선(150) 사이의 틈새를 막아줄 수 있는 수평면을 가지며, 이 스페이서(136)는 절연성을 갖는 소재로 제작하여 양측 강체가선(150) 사이에서 발생할 수 있는 전기적인 접촉을 최대한 방지할 수 있도록 한다.

상기 스페이서(136)의 형태는 도면에 도시된 바와 같은 단순한 "I" 형 외에도 외력(집전장치를 이루는 가이드 윙과의 접촉)에 의해 변형이나 파손이 발생하지 않도록 견고성을 갖는 구조, 예를 들면 "Ⅱ"형과 같은 프로파일 형태를 갖도록 할 수도 있음은 물론이다.

본 발명에서 상기 강체가선(150)은 도면에 도시된 바와 같이 T자형 단면형태로 이루어져 절연용 애자(140)의 하부에 결합과 분리가 가능한 구조의 강체 가선 고정용 브라켓(152)으로 고정되며, 강체가선(150)의 하단부는 하방으로 노출되어 후술하는 집전장치의 마찰판, 디스크, 트롤리 슈 또는 트롤리 롤러와 전기적으로 접촉할 수 있도록 되어 있다.

본 발명에서 상기 강체가선(150)은 상술한 "T"자 단면형태에만 한정되지 않으며, 이 외에도 "ㄱ"자 단면형태, "I"자 단면형태 등을 포함하는 다양한 형태로 이루어질 수 있음은 물론이다.

한편, 본 발명에서 상기 강체가선(150)은 일반적으로 도로를 따라 연속적으로 거의 일정한 높이로 평행하게 설치되나, 도 1에 도시된 바와 같이 도로와 도로가 교차(cross)하는 교차로나 로터리(rotary) 지점의 공중에는 강체가선이 설치되지 않는데, 이 구역을 지날 때는 전기자동차가 지나오던 관성에 의해 강체가선(150)이 설치되지 않는 짧은 거리를 그대로 관성 주행하거나 또는 자동차에 탑재된 배터리의 전력을 사용하여 모터를 구동시켜 주행하도록 하면 된다.

한편, 상기한 교차로나 로터리를 지나 자동차가 차선으로 재진입하는 구역에서는 자동차의 집전장치가 상기 강체가선(150)으로 안전하게 유도되어 접촉할 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이 강체가선(150)의 선단부가 진입 측의 상방으로 마치 스키 날의 앞 부분과 같은 형태로 적정한 곡률 반경 또는 적정한 경사를 갖도록 상방향으로 벤딩되어 있다.

도 6은 본 발명에 의한 트롤리식 전기 자동차의 다양한 형태를 도시한 것으로, 본 발명에 의한 전기 자동차는 소형 승용 전기자동차를 비롯하여 중대형 버스 또는 트럭이나 유조차 등과 같은 대형차량 모두에 적용할 수 있는데, 이들 차종에 따라서 적정한 구조의 집전장치(자동차의 지붕과 강체가선과의 거리에 따라 다양한 구조로 제작할 수 있음)를 탑재하면 되는바, 차종에 따라 적합한 집전장치의 개략적인 구조는 도 7 내지 도 11에 도시되어 있다.

먼저, 도 7에 도시된 집전장치는 소형 승용차 또는 차고가 낮은 자동차에 특히 적합한 것을 도시한 것으로, 이는 다관절 암(붐 대)의 형태로 이루어져 있는바, 모터구동방식에 의해 상하로의 각도조절이 이루어질 수 있는 하부 암(A1) 위에 모터구동방식에 의해 역시 상하로의 각도조절이 이루어짐과 동시에 탄성스프링이나 실린더에 의해 수평방향으로의 회동 및 원위치로의 복원동작이 이루어질 수 있는 상부 암(A2)이 부착되어 있으며, 이 상부 암(A2)의 상단에 집전장치(200)가 설치되어 있는 타입이다.

상기 하부 함(A1)은 전동액추에이터(M1)에 의해 승강 각도의 조절이 이루어지고, 상부 암(A2) 위의 4절 링크(A3)는 또 다른 전동액추에이터(M2)에 의해 연동하여 승강 각도의 조절이 이루어지도록 되어 있으며, 상부 암(A2)과 4절 링크(A3) 및 상기 집전장치(200)의 수평방향 회동동작은 도면에 도시된 바와 같은 스프링이나 가스실린더 방식의 복원기구(N1,N2,N3)에 의해 원래의 위치로 복귀될 수 있을 뿐만 아니라 통상의 공지된 기술인 비틀림스프링 내지 가스실린더를 회동되는 부분에 내장하여 원위치로 복귀될 수 있도록 할 수 있다.

본 발명에서 상기 집전장치(200)는 급전장치(100)의 강체가선(150)에 접촉하여 강체가선(150)으로부터 전기자동차(300)로 전기를 공급하는 역할을 하는 것으로, 이 집전장치(200)는 이후에 상세히 설명되겠지만, 강체가선(150)에 접촉하는 집전부(210)와, 이 집전부(210)의 좌,우 양측에 형성되어 이 집전부(210)를 강체가선(150)으로 유도하는 가이드 윙(220)과, 상기 가이드 윙(220)의 하부와 자동차(300) 상부의 암 사이에 위치하는 유니버설 조인트 형태로 이루어진 하부 지지수단(230)을 포함하여 이루어져 있다.

한편, 상기 하부암(A1)과 상부암(A2)은 모터구동방식 외에도 통상의 유압 또는 공압구동방식으로 구동될 수 있음은 물론이다.

또, 도 8에 도시된 집전장치는 도 7과는 달리 하부 암이 없는 대신 상부 암(A2)이 자동차 지붕 위에 상하로의 각도조절 및 수평방향으로의 회동동작이 이루어질 수 있도록 설치되고, 이 상부 암(A2)의 상단에 집전장치(200)가 설치되어 있는 타입으로 버스나 트럭과 같은 비교적 대형 차량에 적합하다.

또, 도 9에 도시된 집전장치는 차고가 높고 집전장치의 설치공간 확보가 어려운 대형 트럭에 적합한데 이는 상부 암(A2)의 하부에 수평방향으로의 회동동작이 이루어질 수 있는 수평 암(A4)이 설치되어 있다.

또한, 도 10은 차고가 매우 높아서 자동차의 지붕이 강체가선(150)에 근접한 차에 설치하기 적합한 집전장치로 이는 별도의 상,하부 암을 사용하지 않고 단지 수평 암(A4) 위에 집전장치(200)가 부착된 4절 링크(A3)를 설치한 형태로 이루어져 있다.

또, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 암을 도시한 것으로, 본 실시 예에서는 텔레스코픽 안테나형의 암이 개시되어 있는바, 하부 암(A1)의 상부에 상부 암(A2)이 신축식으로 출몰가능하게 설치되어 있으며, 상부 암(A2)의 신축 메커니즘은 공지의 유압식, 전동식 또는 스프링에 의한 기구식 등의 다양한 방법으로 신축동작이 가능하며, 하부 암(A1)은 전동액추에이터(M1)에 의해 승강 각도의 조절이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

본 실시 예에서는 상부 암(A2)의 내부에 압축코일형 스프링(A2-2)에 의해 상부(외측)로 밀린 상태를 유지하는 암(A2-1)이 설치되어 있어 노면에서부터 강체가선(도시 안 됨)사이의 높이가 일정하지 않거나 타이어의 공기압 변화에 따른 편차를 보완할 수 있도록 집전장치(200)가 급전장치(100)에 일정한 압상력을 유지하여 지속적으로 접속되게 하는 역할을 할 수 있도록 되어 있다.

도 12는 도 7 내지 도 11에 도시된 집전장치가 설치된 차량이 도로를 주행할 때, 차량은 통상 직진주행만이 아니라 좌우로 유동되면서 주행하게 되는데, 이럴 때에도 집전장치(200)가 급전장치(100)에 접속된 상태에서 암의 관절부가 좌우로 스윙동작을 하면서 지속적인 전원공급이 이루어질 수 있다는 것을 보여주고 있다.

본 발명에서는 도 13에 일례로 도시된 바와 같이 상,하부 암(A1,A2)또는 도시 안 된 4절 링크가 좌우로 스윙동작이 이루어질 수 있도록 되어 있는데, 급전장치(100) 즉, 도면에 간략하게 도시된 강체가선(150)은 각 차선의 중앙부에 직선상태로 설치되어 있고, 이 강체가선(150)에 암(A1,A2) 상단의 집전장치(200)가 접속된 상태에서 차량(300)이 주행할 경우, 차량(300)은 차선의 중앙으로만 주행하지 않고 필요에 따라 또는 의도하지 않게 차선의 좌우측으로 이동하게 되는데, 이때, 상,하부 암(A1,A2) 또는 4절 링크(A3)와 상기 집전장치(200)는 수평방향으로 회동가능하도록 되어 있으므로 집전장치(200)가 강체가선을 이탈하지 않고 즉, 지속적인 전원이 공급되는 상태에서 주행이 이루어지게 되며, 차량(300)의 좌우방향 이동에 따라 회동되던 상기 상,하부 암(A1,A2)은 4절 링크(A3)의 하강동작에 의해 집전장치(200)를 급전장치(100)로부터 이탈시켰을 때 스프링이나 가스실린더 방식의 복원기구(N1,N2,N3)에 의해 상,하부 암(A1,A2)과 4절 링크(A3) 및 집전장치(200)는 차량의 앞뒤와 일직선 상태로 복귀되게 된다.

상기 복원기구에 대한 구체적인 실시 예에 대한 설명은 후술하기로 한다.

도 14 및 도 15는 상부 암(A2) 상단에 결합된 4절 링크(A3)의 승강동작을 위한 전동액추에이터(M2)의 구조를 도시한 정면도 및 평면도이다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 4절 링크(A3)의 승강동작을 위한 메커니즘은 크랭크기구의 일종으로서 전동액추에이터(M2)를 이루는 기어드모터(m)의 구동축(S)에 기어결합된 크랭크형 구동축(C) 말단에 4절 링크(A3)의 일측 링크(A3-1)에 일단이 축결합된 커넥팅로드(R) 타단의 장공(H)이 연결된 구조로 이루어져 있어 상기 구동축(C)의 회전에 의해 커넥팅로드(R)가 회전하면서 4절 링크(A3)의 일측 링크(A3-1)를 들어올리거나 내려줄 수 있도록 되어 있으며, 상기 구동축(C)은 4절 링크(A3)의 상부에 설치된 집전장치(200)가 일정한 압상력을 갖도록 기어드모터(m) 측에 연결된 외부축(C1)과 커넥팅로드(R)측에 연결된 크랭크형의 내부 축(C2) 사이에 비틀림스프링(P)으로 결합되어 있다.

즉, 도 14 및 도 15에 도시된 실시 예에서 크랭크형 구동축(C)을 이루는 내부축(C2)은 외부축(C1)에 내삽되고, 이 내,외부축(C1,C2)는 비틀림스프링(P)으로 회전력이 전달되도록 되어 있다.

즉, 본 발명에 의한 4절 링크(A3)의 승강동작을 위한 메커니즘은 일반적인 리지드(RIGID)식 메커니즘이 아닌 완충식 메커니즘으로 이루어져 있어 집전장치(200)가 급전장치(100) 즉, 강체가선(150)에 적정한 압상력이 가해진 상태로 밀착상태를 유지하게 됨으로써 차량의 주행시 상하로의 유동 예를 들면, 도로와 강체가선 사이의 높이가 일정치 않게 설치된 경우나 차량이 주행하면서 출렁거리거나 하는 동작에 의한 상하로의 유동이 발생하더라도 집전장치(200)가 급전장치 즉, 강체가선(150)에 안정적으로 밀착된 상태를 유지하면서 전원을 지속적으로 공급받을 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 11에 도시된 텔레스코픽 형 암에서는 일단이 집전장치(200)와 연설된 암(A2-1)의 타단이 상부 암(A2)에 내삽되고 압축코일형 스프링(A2-2)에 의해 완충작용이 발생하도록 되어 있으므로 도 14 및 도 15에 도시된 비틀림스프링(P)과 같은 기능을 발휘하게 되는 것이다.

도 16은 도 14 및 도 15에 도시된 4절 링크의 승강메커니즘을 변형한 것으로, 본 실시 예에서는 별도의 커넥팅로드를 사용하지 않고 기어드모터(m)로부터 구동력을 전달받은 구동축(C)이 직접 4절 링크(A3)의 일측 링크(A3-1)에 축결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.

본 실시 예 또한 상기 구동축(C)이 외부축(C1)과 이 외부축(C1)에 내삽된 내부축(C2) 및 이 외부축(C1)과 내부축(C2) 사이에 설치되는 비틀림스프링(P)으로 이루어져 있어 동일한 완충기능을 갖는 압상력을 갖도록 되어 있다.

이하에서는 상,하부 암 및 4절 링크의 수평회동동작에 수반되는 복원기구의 다양한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

이하에서 설명되는 복원기구는 본 발명의 전기자동차를 이루는 일부 구성으로서 본 발명은 이하에서 설명되는 실시 예의 복원기구에만 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 상세한 설명에서 기술된 복원기구의 원리를 응용하여 무수한 변형을 가하는 것이 가능함은 물론이며, 이하의 실시 예에서 설명되는 것은 본 발명의 이해를 돕기위하여 필요한 부분만을 제한적으로 설명하는 것에 불과하다.

먼저, 도 17은 상부 암(A2)의 중심 복원기구(N2)를 도시한 측단면도이고, 도 18은 도 17에 도시된 중심 복원기구(N2)의 작동상태를 도시한 평면도로, 본 실시 예의 복원기구(N2)는 하부 암(A1) 위에 상부 암(A2)이 수평회전가능하게 결합되어 있고, 집전장치(200)가 급전장치(100)로부터 분리됨과 동시에 도시 안 된 센서(도전센서 등)에 의해 구동되는 스크류모터(m1) 축결합된 스크류(W)에 로커(L)가 나사결합되어 스크류(W)의 회전에 의해 축방향으로 이동가능하도록 되어 있는데, 상기 로커(L)는 스크류 하우징(W1) 내부에서 회전은 억제된 상태로 축방향으로 이동가능하도록 되어 있으며, 상기 스크류(W)에는 스크류(W)를 따라서 자유로이 이동가능한 슬라이더(D)가 끼워져 있고, 이 슬라이더(D)에는 상부 암(A2) 측과 힌지결합된 로드(R)가 연결된 구조로 이루어져 있다.

본 실시 예에 의한 괘해정기구는 로커(L)가 도면상으로 스크류모터(m1)측으로 이동하면 슬라이더(D)와 밀착되면서 슬라이더(D)의 유동을 억제하게 되므로 상부 암(A2)의 수평회동이 이루어지지 않도록 고정하게 되고, 로커(L)가 반대방향으로 이동하면 슬라이더(D)는 스크류(W)를 따라서 자유로이 슬라이드 가능한 상태가 되므로 상부 암(A2)의 수평회동동작이 가능한 상태가 된다. 즉, 암 상단의 집전장치가 급전장치인 강체가선에 밀착 접촉된 상태에서는 스크류모터(m1)가 구동하여 스크류(W)를 회전시킴으로써 로커(L)를 스크류모터(m1) 측의 반대방향으로 이동되도록 구동하여 슬라이더(D)가 스크류(W)의 축방향으로 자유롭게 이동되도록 하여 로드(R)와 연결된 상부암(A2)의 수평회동이 가능한 상태를 유지한다. 또, 집전장치(200)가 급전장치(100)에서 이격된 상태에서는 스크류모터(m1)가 상기와는 반대의 방향으로 회전하여 로커(L)가 스크류모터(m1) 측으로 이동하며 슬라이더(D)와 밀착되면서 암이 차량의 앞뒤와 일직선 상태를 유지하면서 슬라이더(D)가 이동되지 않도록 고정하여 회동되지 않도록 하게 된다.

상기 스크류 하우징(W1)과 로커(L) 및 슬라이더(D)의 단면은 사각 내지는 다각형태로 구성되며, 원형으로 형성할 경우에는 내부 일측에 회전방지용 돌기나 요홈을 형성하면 된다.

본 실시 예에 의한 괘해정기구는 차량 내부에 구비된 별도의 스위치에 의해 제어되거나 또는 집전장치의 집전신호에 의해 연동되도록 제어할 수 있다.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 중심복원기구를 도시한 측단면도로서, 본 실시 예에서는 별도의 비틀림스프링을 사용하지 않고 도 17에 도시된 실시 예를 변형하여 슬라이더(D)의 일측에 압축코일스프링(S')를 설치하여 슬라이더(D)가 일정한 압박력을 받은 상태에서 하우징(W1)내부에서 유동될 수 있도록 되어 있다.

도 19에 도시된 실시 예는 별도의 전원을 필요로 하지 않는 순수한 기구적인 메커니즘으로 이루어져 있으며, 이러한 기구적인 메커니즘에 의한 복원기구는 이하에 설명되는 실시 예와 같이 다양하게 구상될 수 있을 것이다.

도 20은 스프링 방식의 중심복원기구의 다양한 예를 도시한 평면도로서, 상,하부 암 사이에 1개 또는 2개의 스프링을 설치하여 상부 암이 좌우로 수평회동은 가능하면서 스프링에 의해 정위치로 복원될 수 있도록 되어 있다.

또, 도 21은 도 20에 도시된 실시 예와 동일한 방식이나 스프링 대신 가스실린더를 사용한 차이점이 있다.

또한, 도 22는 도 20 및 도 21에 도시된 스프링과 가스실린더를 조합한 형태의 중심복원기구를 도시한 것이다.

도 20 내지 도 22에 도시된 실시 예의 중심복원기구는 스프링과 가스 실린더를 외부에 설치한 방식이나 이 스프링과 가스 실린더를 외부로 노출되지 않도록 설치할 수도 있음은 물론이다.

이하에서는 상기 암 상단부에 설치되는 집전장치(200)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 23 및 도 24는 본 발명에 의한 강체가선에 슬라이딩 접촉하는 집전장치를 도시한 것으로 도 23은 정면도이고, 도 24는 측면도이다.

도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 집전장치(200)는 강체가선(150)에 접촉하여 강체가선(150)으로부터 전기자동차(도시 안 됨)로 전기를 공급하기 위한 것으로, 상기 강체가선(150)에 접촉하는 집전부(210), 이 집전부(210)를 강체가선(150)으로 유도하는 가이드 윙(220) 및 유니버설 조인트 형태로 이루어진 하부 지지수단(230)으로 이루어져 있다.

본 발명의 첨부된 도면에서 집전부(210)는 도면상으로는 구체적으로 도시되지 않았으나 도전체로 이루어진 마찰판이 교체가능하게 부착되거나 후술하는 바와 같은 트롤리 슈나 트롤리 롤러(휠) 등으로 구성된다.

도면 중 부호 240은 집전부(210)와 하부 지지수단(230) 사이에 설치되는 절연용 애자이고, 부호 250은 유니버설 조인트식의 하부 지지수단(230)을 안정적으로 받쳐주고 항상 수평상태로 복원될 수 있도록 하기 위한 스프링방식의 스테빌라이저이다.

도 25 및 도 26은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 급전장치와 집전장치를 도시한 정면도 및 측면도로서, 본 실시 예에서는 급전장치(100)의 절연용 애자(140)와 강체가선(150)이 외측의 커버(134)에 의해 측면과 상면이 완전히 보호되도록 되어 있고, 집전장치(200)의 집전부(210)가 상기 커버(134)의 하부 내측으로 삽입된 상태에서 전기를 공급받도록 되어 있으며, 집전장치(200)의 집전부(210)는 좌우 양측에 상부 후방으로 경사진 형태의 가이드 윙(220)에 의해 강체가선(150)쪽으로 가이드되도록 되어 있다.

도 25 및 도 26에 도시된 실시 예의 집전장치(200)에서 상기 집전부(210)는 도면에 도시된 바와 같은 트롤리 슈 외에도 트롤리 롤러 등으로 설치할 수 있음은 물론이며, 좌,우측 트롤리 슈 사이의 절연을 위하여 각각 절연용 애자(240)가 트롤리 슈 하부에 설치되어 있다.

또한, 본 발명은 도 25 및 도 26에 도시된 실시 예에서와 같이 좌,우측 가이드 윙이 일체로 형성되는 것에만 한정되지 않으며, 좌,우측 가이드 윙(220)이 독립적으로 형성될 수도 있음은 물론이다.

도 27은 본 발명에서 상기 집전장치(200)가 도 7 내지 도 11에 도시된 바와 같은 전동액추에이터(M1,M2)의 구동에 의해 4절 링크(A3)가 작동되어 집전장치(200)를 미처 하강시키지 못한 상태에서 강체가선(150)으로부터 강제로 이탈되는 상황에서도 집전부(210)와 가이드 윙(220)이 원활하게 이탈되는 과정을 도시한 것이고, 도 28 및 도 29는 자동차가 도로 위를 이동하면서 집전부(210)가 강체가선(150)에 접촉하는 동작이 안정적이면서도 자유롭게 이루어지는 것을 도시한 것으로, 도 28은 좌측에서부터, 도 29는 우측에서부터 가이드 윙(220)의 안내로 집전부(210)에 접촉하는 일련의 동작을 도시한 것이다.

상기 가이드 윙(220)은 기본적으로 도 23 및 도 25에 도시된 바와 같이 정면에서 볼 때 좌우 측이 상방 외측을 향하여 말 그대로 경사진 날개(wing) 형태를 이루고 있어 전동액추에이터(M1,M2)의 구동과 4절 링크(A3) 하측에 구성된 스프링(도시안됨)의 텐션에 의해 집전장치(200)에 가해지는 압상력에 의해 강체가선(150)이 가이드 윙(220) 내측의 집전부(210)로 자연스럽게 진입하는 것을 유도하는 역할을 하도록 되어 있으며, 전기자동차가 강체가선이 설치된 도로 위를 주행하면서 차선을 변경하거나 강체가선이 설치된 도로에서 벗어나 지선(支線)으로 진출하기 위해 강체가선(150)으로부터 이탈시에는 전동액추에이터(M1,M2)를 구동시켜 4절 링크(A3)가 연동되어 집전장치(200)를 하강시킴으로써 강체가선(150)으로부터 이탈하게 된다.

또, 상기 가이드 윙(220)은 바람직하게는 도 24와 도 26의 측면도 및 도 27의 평면도에 도시된 바와 같이 좌우 측이 각각 후방 상부를 향하여 경사진 형태를 이루도록 함으로써 집전부(210)를 강체가선(150)으로 부드럽게 진입시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 가이드 윙(220) 전방의 장애물과 접촉시 경사를 따라서 좌우측으로 부드럽게 비껴나가도록 하여 장애물에 대한 충격을 완화 또는 회피할 수 있도록 되어 있다.

도 30은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 급전부 및 집전부의 구조를 도시한 단면도로서, 본 실시 예에서는 급전장치(100)의 보호용 커버(134) 내측에 위치한 양측의 절연용 애자(140)와 강체가선(150)사이에는 하단부가 V자형으로 형성된 절연체로 이루어진 스페이서(136)가 설치되어 있으며, 가이드 윙(220)의 날개각도 또한 상기한 스페이서(136)의 하단부 각도와 동일하거나 이보다 경사지게 형성되어 있어 가이드 윙의 진입시 집전장치의 가이드 윙이 양측 강체가선(150) 사이의 공간에 끼이는 것을 방지하고, 가이드 윙(220)이 급전장치(100)에 진입시 가이드 윙(220) 양측 끝단이 V자형 스페이서(136)의 중심부위만 넘도록 진입시키면 자연스럽게 제위치로 진입되므로 집전장치(200)를 급전장치(100)로 진입시키는 동작을 수월하게 가이드할 수 있게 된다.

도 31은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 급전부 및 집전부 구조를 도시한 것으로, 본 실시 예에서는 도 31과는 반대의 형태 즉, 급전부의 강체가선(150)이 요(凹)형으로 이루어져 있고, 집전부(210)가 철(凸)형으로 이루어져 있는바, 강체가선(150)과 집전부(210)는 암수형의 어느 형태로도 선택 제작이 가능하다.

상기 가이드 윙(220)의 형태는 내측에 형성되는 집전부(210)의 개수, 가이드 윙의 벤딩방향, 가이드 윙 말단의 팁 유무, 가이드 윙 내측의 집전부 형태 등에 따라서 도 32 내지 도 41에 도시된 바와 같은 다양한 형태로 제작할 수 있는데, 이들의 몇 가지 예를 설명하면 다음과 같다.

도 32에 도시된 실시 예는 가이드 윙(220)의 좌우 측이 각각 상방 외측을 향하여 경사진 날개형태로 이루어진 가장 단순한 형태이고, 도 33에 도시된 실시 예는 기본적으로는 도 32와 동일하나, 가이드 윙(220) 내측의 마찰판(210i)으로 이루어진 집전부(210)를 앞뒤로 평행하게 복수로 형성한 차이점이 있다.

또, 도 34와 도 35에 도시된 실시 예에서는 각각 도 32 및 도 33과 기본적으로는 동일한 형태로 이루어지되 가이드 윙(220)의 좌우 측 상단에 후방을 향하여 벤딩된 윙 팁(tip; 222)이 더 구비된 형태로, 이 윙 팁(222)은 강체가선으로의 진입 초기에 가이드 윙(220)의 측면에 접촉하는 물체에 가이드 윙(220)의 끝 부분이 걸리거나 가이드 윙(220) 자체 및 이 가이드 윙(220)과 접촉하는 물체가 받는 충격을 최소화하여 파손을 방지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 도 36의 정면도와 도 37의 평면도에 도시된 실시 예에서는 각각 가이드 윙(220)의 형태가 기본적으로 도 32와 도 33과 같이 가이드 윙(220)의 좌우 측이 각각 상방 외측을 향하여 경사지되, 이 가이드 윙(220)의 좌우 측은 후방을 향하도록 이른바, 후퇴익 형태로 이루어진 차이점이 있으며, 가이드 윙을 후퇴익 형태로 제작할 경우에는 도로 위의 공중에 설치된 강체가선 또는 장애물과 측면으로 접촉시 가이드 윙의 경사진 면을 따라서 후방으로 부드럽게 비껴나가게 하는 동시에 가이드 윙이 뒤로 젖혀지면서 충격을 완화해주는 기능을 효과적으로 발휘할 수 있도록 해준다.

또, 도 38의 정면도와 도 39의 평면도에 도시된 실시 예에서는 기본적으로 도 36 및 도 37과 동일한 형태로 이루어지되, 가이드 윙(220)의 좌우 측 상단에는 후방을 향하여 벤딩된 팁(222; tip)이 더 구비된 형태로 이루어져 있다.

또한, 도 40과 도 41에 도시된 실시 예의 가이드 윙(220)은 가이드 윙(200)과 집전부(210)의 마찰판(210i)이 연설되 굴절되는 부분(210d,210e,210f)을 곡면형태로 구성하여 강체가선(150)이 가이드 윙(220) 내측 집전부(210)의 마찰판(210i)으로 부드럽게 유도되도록 하였으며, 특히, 도 41은 가이드 윙(220) 내측 집전부(210)의 마찰판(210i)을 중간 부분이 낮아지도록 소정의 곡률반경을 이루는 곡면형으로 형성하여 주행시 집전부의 급격한 좌우 움직임(롤링 현상)에 대하여 가이드 윙의 집전부가 강체가선에 밀착된 상태에서 발휘하게 되는 압상력(壓上力) 즉, 위로 밀어올리는 힘에 의해 집전부의 급격한 좌우로의 움직이는 속도를 억제할 수 있도록 되어 있다.

또, 상기 가이드 윙(220) 내측에 위치한 집전부(210)의 마찰판(210i) 형태 또한 상술한 바와같은 단순한 플랫형(flat type) 외에도 도 42 내지 도 51에 도시된 바와 같은 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

즉, 도 42에 정면도, 평면도, 저면도, 디스크(210j)의 분리상태 및 측면도가 함께 도시된 집전부(210)는 수평 디스크(210j)로 이루어진 것이고, 도 43에 도시된 집전부는 2개의 디스크(210j)가 조합된 더블 디스크식 집전부의 구조를 도시한 것으로, 상기 집전부(210)는 상기 강체가선(150)에 접촉하는 더블 디스크(210j)의 회전축이 비평행한 상태로 설치되어 있다.

도 42 및 도 43에 도시된 디스크식 집전부(210)는 이 집전부를 이루는 디스크 자체가 회전가능하도록 되어 있으므로 강체가선과의 접촉시 도 42의 디스크(210j)는 디스크(210j)의 중심으로부터 강체가선의 접촉위치에 따라서 좌측 또는 우측으로 회전하게 되며, 도 43의 디스크(210j)는 양측의 디스크가 상호 반대방향으로 회전하면서 강체가선을 양측 디스크의 교차지점으로 이동시키게 됨으로써 집전장치의 좌우유동을 방지하는 효과를 갖는다.

도 42 및 도 43에 도시된 집전부(210)는 디스크(210j)를 고정시키고 회전되게 붙잡아주는 디스크 고정부(210a)와 이 디스크 고정부(210a)가 가이드 윙(220)과 연설된 받침부(210b)를 더 포함하며, 도 42에서 집전부(210)의 양측에는 강체가선(150)과의 마찰시 내마모성과 내열성이 우수한 소재로 이루어진 지지구(210g)가 교체가능하게 설치되어 있다.

또한, 도 44 내지 도 47에 도시된 실시 예에서는 트롤리 롤러(210k)식 집전부를 도시한 것으로, 본 실시 예에서는 트롤리 롤러(210k)의 개수와 집전부가 안치되는 가이드 윙의 형태도 다양한 방식으로 제작할 수 있음을 보여주고 있다.

즉, 도 44에 도시된 실시 예는 1개의 트롤리 롤러(210k)로 이루어진 집전부(210)이고, 가이드 윙(220)은 경량골조형으로 이루어져 있어 집전부(210)에 강체가선이 접촉하여 발생하는 마찰열을 주행중의 공기와의 접촉에 의해 효과적인 냉각이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

또, 도 45에 도시된 집전부(210)는 도 44에 도시된 것과 기본적으로 동일하나 가이드 윙(220) 자체가 경량골조형이 아닌 일체형으로 이루어진 형태이며, 이때에도 트롤리 롤러(210k)가 설치되는 부분은 하부로 개방되도록 함으로써 공랭방식에 의해 마찰열을 냉각시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 도 46 및 도 47에 도시된 실시 예는 2개의 트롤리 롤러(210k) 방식 집전부(210)이고, 각각 가이드 윙(220)이 일체형으로 이루어지거나 경량골조형으로 이루어진 것을 도시한 것이다.

본 발명에 의한 집전장치(200)의 집전부(210)는 강체가선(150)과 직접 접촉하여 마찰이 발생하는 부분이므로 이 집전부(210)에서 발생하는 열은 전기자동차의 주행시 받게 되는 공기와의 접촉에 의해 냉각되기에 적합하도록 상기 플랫형 마찰판(210i)이나 디스크(210j)와 트롤리 롤러(210k)를 지지하는 가이드 윙(220)의 하부구조를 도면에 도시된 바와 같이 공기의 유통이 원활하고 무게가 가벼운 경량 프레임 구조로 제작하는 것이 바람직하다.

또, 도 48에 도시된 실시 예에서는 집전부(210)가 전형적인 요홈 형태의 트롤리 슈(210l)의 형태로 이루어진 것을 보여주고 있다.

한편, 도 44 및 도 48에 도시된 윙 지지대(221)는 가이드 윙(220)을 견고하게 고정시키는 역할을 할 뿐만 아니라 전동액추에이터(M1,M2)에 의해 4절 링크(A3)의 동작으로 집전장치(200)가 하강할 때 가이드 윙(220) 하측에 있을 수 있는 장애물이 윙 지지대(221)와 가이드 윙(220) 배면의 경사를 타고 외측으로 유도되는 역할을 하게 된다.

본 발명에서 상기 집전부의 형태는 도면에 도시된 형태에만 국한되는 것은 아니며, 이외에도 기존의 집전부를 그대로 사용하거나 적절한 변형을 가하여 다양하게 제작 사용할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 가이드 윙(220)은 가이드 윙 자체의 구조 즉, 도 49에 도시된 바와 같이 내부가 꽉 찬 막대형이거나, 도 50에 도시된 바와 같이 외곽부만 살이 있고 내부는 빈 살대형이거나, 도 51에 도시된 바와 같은 판형으로 제작할 수 있으며, 이의 절연방식도 외부를 완전히 절연체로 피복하는 완전피복형, 강체가선 부분과 접촉하는 부분만 절연체로 피복하는 부분 피복형으로 구분할 수 있으며, 완전 피복형도 가이드 윙 외부에 절연체를 일체로 피복하는 일체피복형과, 가이드 윙의 상,하면을 별도의 절연체로 피복하고 상,하부 절연체를 각각 볼트나 너트를 포함하는 각종 연결부재를 사용하여 일체로 연결하는 분리 피복형으로 구분할 수 있으며, 부분 피복형의 경우에도 가이드 윙의 일부분만을 피복하는 형태 또는 절연체의 고정방식에 따라서 다종 다양한 형태로 제작할 수 있음은 물론이며, 이러한 가이드 윙의 다양한 절연 피복방법은 절연을 요하는 각종 물품을 피복을 위한 기존의 방법들 중에서 내구성과 안정성을 담보할 수 있는 적정한 방식과 형태를 선택하면 된다.

또한, 상기 가이드 윙(220) 및 집전부(210)는 도 52 내지 도 55에 다양한 형태로 도시된 바와 같이 좌우 측 집전부를 가급적 멀리 이격될 수 있도록 좌우 측이 비대칭의 형태로 제작함으로써 우천시 또는 흐린 날씨에서 운행시 좌우측 집전부 사이에서 코로나현상이 발생하지 않도록 제작할 수도 있는데, 이는 절연용 애자(240)의 수평 또는 수직배치에 따른 차이, 보조 가이드 윙(220')의 유무 등에 따라 다양한 형태로 제작할 수 있다.

한편, 가이드 윙(220)은 도 56 내지 도 59에 도시된 바와 같이 절첩이 가능한 방식으로 제작하여 사용시에는 좌우로 펼치고 사용하지 않을 경우에는 전방 내측으로 접을 수 있도록 할 수도 있는데, 여기서 가이드 윙(220)과 집전부(210) 사이의 힌지 연결부(220a,220b)는 스프링(220c)의 탄성력에 의해 접히거나 펼쳐진 상태를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

또, 상기 집전부(210)의 저부에는 고정구(210h)가 형성되어 있어 가이드 윙(220)과 집전부(210)를 견고하게 고정시킴과 아울러 도시안된 절연용 애자와 용이하게 연결되게 된다.

또, 상기 가이드 윙(220)은 도 60에 도시된 바와 같이 집전부(210)와 분리가능하도록 제작하고, 그 소재도 절연체로 제작하여 필요시 교체할 수 있도록 제작할 수도 있음은 물론이며, 그 결합구조는 도 60의 (a),(b)와 같은 암수결합방식과 나사결합방식의 조합이거나, 도 60의 (c)와 같은 맞대기방식과 나사결합방식의 조합을 비롯하여 다양한 방식을 사용할 수 있다.

도 61 및 도 62는 집전장치의 하부에 프로텍터가 부착된 것을 도시한 정면도와 측면도로, 이 프로텍터(260)는 암 상단의 4절 링크(A3) 전방에 좌우 양측 상방으로 뻗은 대체로 V자 형태로 이루어져 있어 집전장치(200)를 이루는 주요부품들이 강체가선의 측면이나 여타 장애물과 직접 부딪히는 것을 방지함으로써 집전장치의 파손을 방지하는 역할을 하게 된다.

상기 프로텍터(260)는 적어도 그 표면이 절연체로 코팅되어 있거나 프로텍터 전체를 절연소재로 제작하는 것이 바람직하며, 구조적인 강도는 높이면서도 경량화가 가능한 단면형태로 제작한다.

도 63은 본 발명에 의한 전기자동차의 개략적인 블록구성도로, 본 발명에 의한 전기자동차는 차체의 상부에 설치된 집전장치(200)로부터 전기를 공급받아 주행시 지속적으로 전기를 충전하는 충전용 배터리(310)와, 상기 집전장치(200)로부터 직접 전기를 받아 구동되거나 상기 충전용 배터리(310)의 전기에 의해 구동되어 전기자동차를 주행하는 구동력을 발생시키는 모터(320)와, 상기 집전장치(200)에서 공급받은 전기를 충전용 배터리(310)의 정격전류와 전압의 형식으로 변경함과 아울러 충전용 배터리의 전류와 전압 형식을 구동모터에 맞는 정격전류와 전압의 형식으로 변경하여 공급하는 기능을 하는 인버터가 내장된 구동컨트롤러(330)를 더 포함하여 이루어지며, 그 외에 상기 집전장치(200)를 승강시키기 위한 액추에이터 제어부(340)가 더 구비되어 있다.

상기 전기자동차의 모터 구동 제어 및 전력변환방식 등에 대한 구체적인 기술은 본 발명이 속한 전기자동차 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 트롤리 전기자동차는 기존의 전기자동차나 하이브리드 자동차와는 달리 무거운 배터리나 엔진 등을 탑재하지 않아도 되므로 자동차 자체의 제조비용이 저렴한 장점이 있으며, 운행중에 지속적으로 전기를 공급받아 주행함은 물론 소형 배터리에 전기를 충전하게 되므로 가선이 설치되지 않은 구역에서의 주행 또한 원활하게 할 수 있고, 운행시 배기가스를 전혀 배출하지 않으므로 환경문제의 유발이 없으며, 도시의 주요 도로 또는 고속도로 등에만 강체가선을 설치하더라도 대부분의 차량이 불편함 없이 자유롭게 운행할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 트롤리 전기자동차는 차선의 변경 및 추월도 자유자재로 할 수 있으므로 기존의 트롤리 전기자동차의 불편함과 한계를 뛰어넘을 수 있으며, 강체가선은 임의로 벤딩된 상태가 되도록 고정 설치할 수 있으므로 직선도로뿐만 아니라 부정형의 각종 곡선도로에도 강체가선을 간단하게 설치할 수 있으므로 트롤리 전기자동차를 운행하기 위한 기반시설의 설치에 소요되는 비용의 절감 및 도시 공중미관의 훼손도 최소화할 수 있다.

Claims

도로 위의 공중에 설치되며 도로 위를 주행하는 전기자동차에 전기를 공급할 수 있도록 도로(R)를 따라 일정 간격으로 세워지는 지주(110)와, 도로 좌우 측의 지주(110) 사이에 수평으로 연결되는 크로스바(120) 또는 보(120')와, 상기 크로스 바(120) 또는 보(120')의 하부에 설치되어 전기가 공급되는 강체로 이루어진 강체가선(150)을 갖는 급전장치(100);

상기 강체가선(150)에 접촉하여 강체가선으로부터 전기자동차로 전기를 공급하는 집전장치(200);

차체의 상부에 상기 집전장치(200)가 고정되어 강체가선(150)을 따라 이동시 지속적인 충전이 이루어져 가선으로부터 전기를 공급받을 수 없는 구역의 이동시 사용되는 전기를 공급하는 충전용 배터리(310) 및 모터(320)를 탑재한 전기자동차(300); 를 포함하여 이루어지는 트롤리 전기자동차.
청구항 1에 있어서,

상기 급전장치(100)는 상기 크로스바(120) 또는 보(120')의 하부에 높이조절이 가능하게 설치되는 빔 부재(130)와, 상기 빔 부재(130)의 하부에 상기 빔 부재(130)와 강체가선(150)이 절연상태를 유지할 수 있도록 설치되는 절연용 애자(140)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 강체가선(150)은 도로 위의 차선마다 하나(한 줄)씩 설치되어 전기자동차가 차선을 변경할 때 집전장치(200)가 변경 전 차선에서 변경 후 차선의 강체가선(150)으로 이동할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 2에 있어서,

상기 빔 부재(130)에는 빔 부재(130)의 하부에 설치되는 절연용 애자(140)와 강체가선(150)을 외부의 충격으로부터 보호하고 비나 눈으로부터 방수역할을 할 수 있도록 보호용 커버(134)가 더 씌워지는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 1에 있어서,

상기 강체가선(150)은 도로를 따라 연속적으로 설치되되, 도로와 도로가 교차(cross)하는 교차로나 로터리(rotary) 지점의 공중에는 설치되지 않으며, 상기 교차로나 로터리를 지나 자동차가 차선으로 재진입하는 구역에서는 전기자동차(300)의 집전장치(200)가 상기 강체가선(150)으로 안전하게 유도되어 접촉할 수 있도록 강체가선(150)의 선단부가 상방으로 벤딩된 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 1에 있어서,

상기 집전장치(200)는 강체가선(150)에 접촉하는 집전부(210)와, 이 집전부(210)의 좌,우 양측에 형성되어 이 집전부(210)를 강체가선(150)으로 유도하는 가이드 윙(220)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서,

상기 집전장치(200)는 상기 가이드 윙(220)의 하부와 차체 상부의 암 사이에 위치하는 유니버설 조인트 형태로 이루어진 하부 지지수단(230)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6 또는 7에 있어서,

상기 가이드 윙(220)은 좌우 측이 상방 외측을 향하여 경사진 날개 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 8에 있어서,

상기 가이드 윙(220)은 좌우 측이 각각 후방 상부를 향하여 경사진 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 8 또는 9에 있어서,

상기 가이드 윙(220)의 좌우 측 상단에는 후방으로 젖혀진 윙 팁(222)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 8 또는 9에 있어서,

상기 가이드 윙(220)은 절첩식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서,

상기 집전부(210)는 상기 강체가선(150)에 접촉하도록 수평으로 회전가능하게 설치된 디스크(210j)로 이루어진 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서,

상기 집전부(210)는 상기 강체가선(150)에 접촉하는 2개의 디스크(210j)의 회전축이 비평행한 상태로 설치되어 상기 강체가선(150)이 양 디스크 사이에 위치하도록 된 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서,

상기 집전부(210)는 강체가선(150)에 접촉하여 구르는 트롤리 롤러(210k)로 이루어진 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서.

상기 집전부(210)는 강체가선(150)에 마찰접촉하는 트롤리 슈(210l)로 이루어진 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서,

상기 집전부(210)는 강체가선(150)에 접촉하는 마찰판(210i)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서,

상기 가이드 윙(220)과 집전부(210)는 좌우 비대칭의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 16에 있어서,

상기 비대칭 형태의 가이드 윙(220)에는 보조 윙(260)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 7에 있어서,

상기 집전장치(200)의 하부에는 집전부(210), 가이드 윙(220) 및 하부 지지수단(230)을 보호하기 위한 V자 형태의 프로텍터(260)가 설치되는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서,

상기 집전장치(200)는 전동액추에이터(M2)에 의해 승강작동되는 4절 링크(A3)의 상부에 설치되어 강체가선(150)에 접촉하거나 이격되도록 된 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서,

상기 암은 다관절 암의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 6에 있어서,

상기 암은 텔레스코픽 암의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 21에 있어서,

상기 암은 모터구동방식에 의해 상하로의 각도조절이 이루어질 수 있는 하부 암(A1) 위에 모터구동방식에 의해 상하로의 각도조절이 이루어짐과 동시에 탄성스프링이나 가스 실린더에 의해 수평방향으로의 회동 및 원위치로의 복원동작이 이루어질 수 있는 상부 암(A2)이 부착되며, 이 상부 암(A2)의 상단에 집전장치(200)가 설치된 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 23에 있어서,

상기 상부 암(A2)은 괘해정기구에 의해 집전장치(200)가 급전장치(100)에 접속된 상태에서는 자유로이 회동되고 집전장치(200)가 급전장치(100)에서 이격된 상태에서는 회동이 억제되도록 구성되되, 상기 괘해정기구는 하부 암(A1)측에 설치된 스크류모터(m1)에 의해 회전되는 스크류(W)에 로커(L)가 나사결합되어 스크류(W)의 회전에 의해 축방향으로 이동가능하고, 상기 로커(L)는 스크류 하우징(W1) 내부에서 회전은 억제된 상태로 축방향으로 이동가능하며, 상기 스크류(W)에는 스크류(W)를 따라서 자유로이 이동가능한 슬라이더(D)가 끼워지고, 이 슬라이더(D)에는 상부 암(A2) 측과 힌지결합된 로드(R)가 연결된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 20에 있어서,

상기 4절 링크(A3)는 전동액추에이터(M2)를 이루는 기어드모터(m)의 구동축(S)에 기어결합된 크랭크형 구동축(C) 말단에 4절 링크(A3)의 일측 링크(A3-1)에 일단이 축결합된 커넥팅로드(R) 타단의 장공(H)이 연결되고, 상기 구동축(C)은 외부축(C1)과 이 외부축(C1)에 내삽된 내부축(C2) 및 이 외부축(C1)과 내부축(C2) 사이에 설치되는 비틀림스프링(P)으로 이루어진 작동 메커니즘에 의해 승강되는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.
청구항 20에 있어서,

상기 4절 링크(A3)는 전동액추에이터(M2)를 이루는 기어드모터(m)로부터 구동력을 전달받은 구동축(C)이 직접 4절 링크(A3)의 일측 링크(A3-1)에 축결합되고, 상기 구동축(C)은 외부축(C1)과 이 외부축(C1)에 내삽된 내부축(C2) 및 이 외부축(C1)과 내부축(C2) 사이에 설치되는 비틀림스프링(P)으로 이루어진 작동 메커니즘에 의해 승강되는 것을 특징으로 하는 트롤리 전기자동차.