KR100299009B1 - 제3궤조 집전성능 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제3궤조 집전성능 시험장치에 관한 것으로, 본 발명은 지지프레임과, 상기 지지프레임에 회전 가능하도록 결합되는 회전축과, 상기 회전축에 고정 결합되어 가선 역할을 하는 회전디스크와, 상기 회전디스크에 전원을 공급하는 급전수단과, 상기 지지프레임에 설치되어 구동력을 발생시키는 동력발생수단과, 상기 동력발생수단에서 발생되는 구동력을 상기 회전축에 전달하는 동력전달수단과, 상기 회전디스크의 회전 속도를 가감속시키는 속도제어수단과, 상기 회전디스크에 접촉되는 집전슈우의 접촉력을 제어하는 접촉력제어수단과, 상기 회전디스크와 집전슈우사이의 습기 상태를 조절하는 습기조절수단을 포함하도록 구성하여 집전장치의 성능 테스트 항목인 가선과의 접촉력의 크기, 주행 속도, 가선과 집전슈우 접촉조건(Dry/Wet condition), 급전/비급전 조건을 부여하여 집전장치를 시험할 수 있을 뿐만 아니라 규모를 작게 하고 제작을 간단하게 할 수 있도록 한 것이다.

Description

제3궤조 집전성능 시험장치{PERFORMANCE TEST EQUIPMENT FOR THIRD RAIL CURRENT COLLECTOR}

본 발명은 제3궤조 집전성능 시험장치에 관한 것으로, 특히 급전선인 가선과 접촉되어 가선에서 공급되는 전력에너지를 차량에 공급하는 집전장치와 가선사이의 접촉력의 크기, 주행 속도, 가선과 집전슈우 접촉조건(Dry/Wet condition), 급전/비급전 조건을 부여하여 집전장치 성능 시험 항목을 수월하게 시험할 수 있도록 할 뿐만 아니라 그 구조 및 제작을 간단하게 할 수 있도록 한 제3궤조 집전성능 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 전철은 전력에너지를 동력원으로 하여 승객 또는 화물을 운송하는 시스템으로, 그 구성은 주행 노선에 설치되는 주행 궤도, 즉 주행 레일과 상기 주행 레일을 따라 움직이면서 승객을 수송하는 차량과 상기 주행 레일을 따라 설치되어 외부의 전력에너지가 공급되는 가선(CONDUCTOR RAIL)과 상기 가선과 접촉된 상태로 차량에 장착되어 가선으로 공급되는 전력에너지를 차량으로 공급하는 집전수단을 포함하여 구성된다.

상기 가선으로부터 전력에너지를 공급받는 집전수단은 그 유형에 따라 카테너리(CATENARY) 가공선 방식과 제3궤조 방식으로 분류된다. 상기 카테너리 가공선 방식은 주로 기존의 지하철에 적용되는 방식으로 차량의 지붕에 설치된 판토그라프가 전차선(트로리선)과 미끄럼 접촉을 통해 전력에너지를 공급받는 방식이며, 상기 제3궤조 방식은 주로 경량전철에 적용되는 방식으로 주행 궤도 측면 또는 중앙에 설치된 강체 가선과 집전장치의 미끄럼 접촉으로 전력에너지를 공급받는 방식이다.

상기 제3궤조 방식이 적용되는 경량전철은 5 ~ 15Km의 비교적 단거리 노선이면서 수송수요가 집중되어 있는 지역에 양질의 승객서비스와 경제적인 건설비 투자효과의 특성을 가지고 있으며 특히 중량 지하철로 처리하기에는 충분한 수송수요가 예측되지 않고 버스 등의 대중교통수단으로는 수송수요를 만족하지 못하는 지역에 적합한 중간규모의 도시철도 시스템이다. 이와 같은 경량전철 시스템은 몇몇 선진국에서 도입하고 있으며 아직 국내에서는 도입하고 있지 않은 상태이나 그 도입시기가 도래하고 있다.

상기 경량전철 시스템에서 핵심기술 중의 하나는, 도 1에 도시한 바와 같이, 주행 레일(1)을 따라 설치된 가선(2)과 접촉된 상태로 차량(3)에 장착되어 가선(2)으로 공급된 전력에너지를 차량으로 공급하는 집전장치(P)이다.

상기 제3궤조 집전장치의 설계 및 제작은 차량이 주행 레일(1)을 따라 주행하는 과정에서 발생하는 차량(3)의 변위에 대한 가선(2)과의 이선(Interruption) 현상 및 접촉력의 변화를 최소화하여 차량(3)에 안정적으로 전원이 공급되도록 고려되어야 할 뿐만 아니라 미끄럼 접촉에 의한 가선(2) 및 가선(2)과 접촉상태에 있는 집전슈우의 마모 특성을 분석하여 경제성이 우수하고 유지 보수에 용이한 설계가 이루어져야 한다.

따라서, 제3궤조 집전장치를 설계 제작 후 집전장치를 구성하며 급전선인 가선(2)과 항상 접촉상태에 있는 집전슈우(4)의 마모 특성, 가선(2)과 집전슈우(4)의 이선 현상, 가선(2)과 집전슈우(4)의 소음, 가선(2)과 집전슈우(4)의 접촉저항 등이요구되는 성능을 발휘하는지 실험에 의해 반드시 확인되어야 한다.

상기 집전슈우(4)의 마모 특성은 가선(2)과 집전슈우(4)의 마찰에 의한 기계적 마모와 이선 현상에 의해 발생된 아크 등에 의한 전기적 마모로 분류되며 기계적 마모의 경우 가선(2)과 집전슈우(4)사이의 접촉력을 과대하게 설정하게 되면 증가하므로 적정한 접촉력을 설정해야 된다. 반면, 접촉력이 너무 작게 설정되면 이선 현상이 발생하여 전기적 마모를 증가시키게 된다. 따라서 집전슈우(4)의 마모량을 최소화하기 위해서 이선 현상과 기계적 마모사이에 최적의 접촉력을 설정하는 것이 중요하며 접촉력의 크기에 따른 비급전시의 집전슈우(4)의 마모량과 급전시의 집전슈우 마모량을 동시에 측정하여 최적 접촉력을 산출할 수 있어야 한다.

상기 가선(2)과 집전슈우(4)의 이선 현상은 차량(3)의 주행 거동으로 인해 집전슈우(4)와 가선(2)의 접촉력이 일시적으로 중단되는 현상을 의미하여 이러한 이선 현상이 빈번하게 발생하면 아크가 발생하여 차량(3)의 주요 부품에 악영향을 미치게 될 뿐만 아니라 안정적인 집전성능에 저해가 되고 또한 아크에 의해 발생된 열로 인해 집전슈우(4)의 마모를 촉진시키게 되므로 이선 현상을 최소화해야 한다.

상기 집전 소음은 경량전철이 도심지의 주거 밀집지역과 빌딩사이를 고가궤도로 운행되기 때문에 차량(3)의 주행 소음을 최소화해야 한다. 이러한 차량 주행 소음 중 집전슈우(4)와 가선(2)의 마찰로 인한 집전 소음이 발생하며 이는 가선(2)과 집전슈우(4)사이의 접촉력 크기와 차량(3)의 주행속도에 따라 그 정도가 변화한다.

상기 가선(2)과 집전슈우(4)의 접촉저항은 차량(3)의 주행속도, 가선(2)과 집전슈우(4)사이의 접촉력의 크기 등에 의해 변화한다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 급전선인 가선과 접촉되어 가선에서 공급되는 전력에너지를 차량에 공급하는 집전장치와 가선사이의 접촉력의 크기, 주행 속도, 가선과 집전슈우 접촉조건(Dry/Wet condition), 급전/비급전 조건을 부여하여 집전장치의 성능을 시험할 수 있도록 할 뿐만 아니라 크기를 작게하고 제작을 수월하게 할 수 있도록 한 제3궤조 집전성능 시험장치를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 경량전철의 집전장치 장착위치를 각각 도시한 경량전철 시스템의 정면도,

도 2a,2b,2c는 본 발명의 제3궤조 집전성능 시험장치의 좌측면도, 정면도, 우측면도,

도 3은 본 발명의 제3궤조 집전성능 시험장치를 구성하는 접촉력제어수단을 도시한 배관도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

4 ; 집전슈우 10 ; 지지프레임

11 ; 롤러 12 ; 방진수단

13 ; 보호프레임 20 ; 회전축

30 ; 회전디스크 40 ; 급전수단

50 ; 동력발생수단 60 ; 동력전달수단

70 ; 속도제어수단 80 ; 접촉력제어수단

90 ; 습기조절수단 P ; 집전장치

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정의 형상을 갖는 지지프레임과, 상기 지지프레임에 회전 가능하도록 결합되는 회전축과, 상기 회전축에 고정 결합되어 가선 역할을 하는 회전디스크와, 상기 회전디스크에 전원을 공급하는 급전수단과, 상기 지지프레임에 설치되어 구동력을 발생시키는 동력발생수단과, 상기 동력발생수단에서 발생되는 구동력을 상기 회전축에 전달하는 동력전달수단과, 상기 회전디스크의 회전 속도를 가감속시키는 속도제어수단과, 상기 회전디스크에 접촉되는 집전슈우의 접촉력을 제어하는 접촉력제어수단과, 상기 회전디스크와 집전슈우사이의 습기 상태를 조절하는 습기조절수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 제3궤조 집전성능 시험장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 제3궤조 집전성능 시험장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 2a, 2b, 2c는 본 발명의 제3궤조 집전성능 시험장치의 일예를 도시한 좌측면도, 정면도, 우측면도로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 지지프레임(10)은 사각 강관을 연결하여 사다리꼴 형태로 형성하고 그 사다리꼴 형태의 프레임을 소정의 간격을 두고 서로 연결한 형태로 형성됨이 바람직하다. 그리고 상기 지지프레임(10)에 소정의 길이를 갖는 회전축(20)이 회전 가능하도록 결합된다. 상기 회전축(20)은 지지프레임(10)에 베어링(21)이 결합되고 그 베어링(21)에 의해 지지된다. 그리고 상기 지지프레임(10)의 하부에 지지프레임(10)이 위치 이동 가능하도록 롤러(11)가 장착되고 상기 지지프레임(10)과 롤러(11)사이에 진동전달을 방지하는 방진수단(12)이 설치된다. 그리고 상기 지지프레임(10)에 지지프레임(10)을 감싸도록 보호프레임(13)이 설치된다. 상기 보호프레임(13)은 상기 회전디스크(30)가 고속으로 회전시 회전디스크(30)의 파손이나 이탈할 경우 안전을 도모하기 위하여 설치된다.

상기 회전디스크(30)는 일정 두께와 소정의 외경을 갖는 원판으로 형성되며 상기 회전축(20)에 고정 결합된다. 상기 회전디스크(30)는 강체 가선(2)의 역할을 할 수 있게 가선(2)의 조건과 유사하도록 형성되며 그 회전디스크(30)에 집전장치(P)를 구성하는 집전슈우(4)가 접촉된 상태로 설치된다.

상기 회전디스크(30)에 전원을 공급하는 급전수단(40)은 회전하는 회전디스크(30)에 전원을 공급할 수 있도록 회전축(20)에 설치되는 슬립링과 지지프레임(10)에 부착되는 브러시홀더와 상기 회전축(20)과 슬립링사이에 절연을 위해 삽입되는 절연체를 포함하여 구성된다.

상기 동력발생수단(50)은 전동기, 즉 AC모터가 적용됨이 바람직하다. 그리고상기 동력발생수단(50)에서 발생되는 구동력을 회전축(20)에 전달하는 동력전달수단(60)은 진동 및 소음이 적은 브이 벨트(V-Belt)(61) 및 벨트 풀리(62)가 적용됨이 바람직하다.

상기 속도제어수단(70)은 상기 회전디스크(30)의 회전 속도를 가/감속시킬 수 있는 것으로, 그 주요 구성요소는 온/오프 토글 스위치, 속도 제어기, 알피엠 메타(R.P.M Meter), 인버터(Inverter), 엔에프비(N.F.B), 콘텍터(Contactor)로 구성된다. 상기 속도제어수단(70)은 인버터에 의해 회전디스크(30)의 속도 조정이 가능하며 회전디스크(30)의 회전 속도는 회전축(20) 끝 부분에 회전감지센서를 장착하여 알피엠 메타로 회전 속도를 확인할 수 있게 된다.

상기 접촉력제어수단(80)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 압력 공급원(81)에 연결된 메인관(82)이 집전장치(P)에 연결되며 상기 메인관(82)에 레귤레이터(83), 압력게이지(84) 그리고 압력전환밸브(85) 등이 설치된 구조로 이루어진다. 상기 집전장치(P)를 구성하는 집전슈우(4)는 메인관(82)을 통해 공급되는 압력에 의해 회전디스크(30)에 접촉력을 가지며 접촉되며 그 접촉력은 레귤레이터(83)에 의해 조절된다. 그리고 가압되는 압력은 압력게이지(84)에 의해 확인하게 된다.

상기 습기조절수단(90)은 비 또는 눈이 오는 환경조건에서 가선(2)과 집전슈우(4)사이의 접촉 마모 상태를 측정하기 위한 것으로, 회전디스크(30)와 집전슈우(4)사이에 물을 분사할 수 있는 구조로 물 저장통과 그 물 저장통에 저장된 물을 분사하는 분사노즐 등으로 이루어진다.

이하, 본 발명의 제3궤조 집전성능 시험장치의 작용효과를 설명하면 다음과같다.

본 발명의 제3궤조 집전성능 시험장치는 먼저 스위치를 온(ON)시킴에 의해 전원이 동력발생수단(50)에 인가됨과 아울러 속도제어수단(70)에 전원이 인가되면서 동력발생수단(50)에서 발생되는 구동력이 동력전달수단(60)에 의해 회전축(20) 및 그 회전축(20)에 고정 결합된 회전디스크(30)를 회전시키게 된다. 상기 회전디스크(30)는 속도제어수단(70)에 의해 회전 속도가 제어되어 차량(3)의 주행 속도에 상당하는 속도로 회전시키게 된다. 그리고 상기 접촉력제어수단(80)으로 집전슈우(4)와 고속 회전하는 회전디스크(30)사이의 접촉력을 제어하게 되며, 상기 집전슈우(4)와 회전디스크(30)사이의 접촉력은 집전슈우(4)와 가선(2)사이의 접촉력에 해당된다. 즉 상기 접촉력제어수단(80)의 제어로 집전장치(P)의 집전슈우(4)와 가선(2)사이의 접촉력을 설정하여 모의 구동이 이루어지게 된다. 그리고 상기 습기조절수단(90)으로 고속 회전하는 회전디스크(30)와 그 회전디스크(30)에 접촉되는 집전슈우(4)사이의 습기상태를 조절하게 된다. 즉 차량(3)의 주행시 비나 눈이올 경우 그 기후조건에 따른 집전슈우(4)와 가선(2)사이의 조건을 상기 습기조절수단(90)에 의해 구현하게 된다.

또한, 전력에너지가 공급되는 가선(2)과 집전슈우(4)의 접촉조건 중 급전 조건과 비급전 조건이 있는데, 상기 급전수단(40)은 회전디스크(30)에 전기를 통전하여 회전디스크(30)와 집전슈우(4)사이에 급전조건을 만들어 급전조건에서 회전디스크(30)와 집전슈우(4)사이의 이선에 의한 집전슈우(4)의 전기적 마모와 이선율을 측정하게 된다. 또한, 비급전 조건을 만들 경우 급전수단(40)에 의해 회전디스크(30)에 전기 공급을 차단하여 비급전 조건에서 집전슈우(4)와 회전디스크(30)사이의 기계적 마모를 시험하게 된다. 즉, 급전 조건과 비급전 조건하에서 가선(2)과 집전슈우(4)의 전기적 마모 및 이선율과 기계적 마모를 측정하게 된다.

한편, 본 발명의 제3궤조 집전성능 시험장치는 실험실에서 집전장치(P)의 성능을 시험할 수 있다. 종래 집전장치(P)의 성능을 시험하는 방법으로, 일정 구간에 실제 적용되는 주행 레일(1)을 설치하고 그 주행 레일(1)을 따라 가선(2)을 설치한 다음 차량(3)에 집전장치(P)를 장착하여 가선(2)으로 공급되는 전력에너지를 집전장치(P)를 통해 공급하여 차량(3)을 시험 주행하면서 집전장치(P)의 성능을 시험하고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 넓은 장소를 필요로 할 뿐만 아니라 주행 레일(1)과 가선(2)을 설치하는 설치 비용이 많이 투입되어야 한다. 반면, 본 발명의 집전성능 시험장치는 규모가 작아 집전장치(P)의 성능을 시험하는 공간의 제약이 없을 뿐만 아니라 제작이 수월하고 제작비용이 적어 저렴한 가격으로 시험장치를 제작할 수 있다. 또한 보호프레임(13)에 의해 안전성을 확보할 수 있고 방진수단(12)에 의해 소음 발생을 줄일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 제3궤조 집전성능 시험장치는 집전장치의 성능 테스트 항목인 가선과의 접촉력의 크기, 주행 속도, 가선과 집전슈우 접촉조건(Dry/Wet condition), 급전/비급전 조건을 부여하여 집전장치를 시험할 수 있을 뿐만 아니라 규모가 작고 제작비용이 적어 경제성이 우수하며 또한 성능 시험을 간단하고 수월하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 소정의 형상을 갖는 지지프레임과, 상기 지지프레임에 회전 가능하도록 결합되는 회전축과, 상기 회전축에 고정 결합되어 가선 역할을 하는 회전디스크와, 상기 회전디스크에 전원을 공급하는 급전수단과, 상기 지지프레임에 설치되어 구동력을 발생시키는 동력발생수단과, 상기 동력발생수단에서 발생되는 구동력을 상기 회전축에 전달하는 동력전달수단과, 상기 회전디스크의 회전 속도를 가감속시키는 속도제어수단과, 상기 회전디스크에 접촉되는 집전장치의 집전슈우 접촉력을 제어하는 접촉력제어수단과, 상기 회전디스크와 집전슈우사이의 습기 상태를 조절하는 습기조절수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 제3궤조 집전성능 시험장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지프레임에 회전디스크의 고속 회전으로 인한 파손 및 이탈시 사고를 방지하는 보호프레임이 설치됨을 특징으로 하는 제3궤조 집전성능 시험장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 지지프레임의 하부에 위치 이동 가능하도록 롤러가 장착되고 상기 지지프레임과 롤러사이에 진동전달을 방지하는 방진수단이 설치된 것을 특징으로 하는 제3궤조 집전성능 시험장치.