KR100333225B1 - 파워 콜렉터내의 콘택력을 측정하기 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 대상은 전기를 공급받는 차량, 특히 전기 레일 구동 차량의 콘택 와이어와 파워 콜렉터 사이의 압착력을 광섬유 파워 센서를 이용하여 측정하기 위한 개선된 장치이다. 상기 장치에서 웨어링 스트립(6)의 베이스 바디(7)와 로커 섀시(7) 사이 또는 웨어링 스트립(6)의 베이스 바디(7)와 스트립 부재(8) 사이에는 2개의 파워 센서가 공간 절약 방식으로 배치되며, 상기 센서는 각각 통합된 광섬유 리플렉스 센서(19)를 갖추고 축방향으로 탄성적이지만 가로로 매우 비스듬한 변형 바디(11)를 포함한다. 상기 변형 바디(11)의 압착력과 동등한 축방향 변형은 높은 해상도, 정확성 및 비장애를 갖는 리플렉스 센서에 의해 검출되어 광섬유적으로 및 그에 따라 전위 프리하게 장치(27)로 신호화 송출되며, 상기 장치에서 압착력과 동등한 신호(28) 또는 명령(29)으로 변환된다.
Description
레일 차량과 콘택 와이어 사이의 상대적인 움직임, 와인딩 및 차량 속도에 따라 파워 콜렉터 부품상에 작용하는 공기 역학적인 파워 그리고 파워 콜렉터, 콘택 와이어 및 이 와이어를 지지하는 체인 부재의 진동 특성과 무관하게 에너지 공급의 우수성면에서 및 콘택 와이어와 웨어링 스트립 사이의 콘택 장소에서의 마모면에서 최상을 발견하고 유지할 수 있기 위해, 근래의 고속 레일 차량의 파워 콜렉터는 상기 차량의 파워 콜렉터의 웨어링 스트립과 콘택 와이어 사이의 콘택력이 액티브하게 조절되는 파워 콜렉터로서 실시되어야 한다. 차량 속도에 의존하여 파워 콜렉터 부품으로 흘러가는 공기로부터 얻어지는 진정한 콘택력의 파워 성분이 측정에 의해 결정될 수 있고 조절 알고리즘을 위해 파라미터 함수로서 특징지워질 수 있는 한편, 파워 콜렉터 및 공중 가이드 장치의 기계적 작용으로부터 얻어지는압착력(F)을 결정하는 것은, 언급한 콘택 장소의 가급적 가까이에서 상기 압착력의 총량 및 작용점을 결정하고 고전압 레벨(예컨대 3kV 직류 전압; 15 kV 또는 25kV 교류 전압)에 있는 측정 장소로부터 압착력과 동등한 신호를 반대 전위에 있는 차량 내부의 평가 장치로 전달하는 장치를 필요로 한다. 하기에서 압착력(F)의 개념하에서는 파워 콜렉터 및 공중 가이드 장치의 기계적 작용으로부터 얻어지는 콘택 와이어와 웨어링 스트립 사이의 진정한 콘택력의 부분이 이해되어야 한다.
콘택 와이어와 웨어링 스트립 사이의 진정한 콘택력을 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치는 특허 공보 US 5,115,405 A에 기술되어 있다. 상기 간행물에서는 광 가이드를 통해 (및 그에 따라 전기적으로 전위 분리된 및 전기적 및 자기적인 장애 필드와 전반적으로 무관하게) 차량 내부 장치와 결합된 광섬유 파워 센서가 웨어링 스트립에 제공되며, 상기 장치로부터 파워 센서는 광을 제공받고 상기 장치는 압착력에 의존하는 신호를 수신한다. 파워 센서는 광섬유로 이루어지며, 이 광섬유는 콘택 와이어와 결합된 스트립 부재 하부에서 인장되어 스트립 부재와 상기 부재의 지지부 사이에서 스프링 하중을 받으며 고정된다. 스트립 부재에 작용하는 콘택력은 고정된 광섬유의 마이크로 곡률을 변형시키며, 그 결과 광섬유의 광전달 특성이 변동된다. 상기 장치에 의해서는 예를 들어 와인딩 충격에 의해 야기되는 웨어링 스트립과 콘택 와이어 사이의 진정한 콘택력의 상부 및/또는 하부 임계값의 초과가 인식되고, 전자 공기식 명령 장치 및 공기식 증발 보상 조종 부재에 의해 압착력이 보정된다. 콘택력 임계값의 초과 또는 미달의 검출 및 신호화를 위해서는 상기 장치가 적합하게 보인다. 그러나 결정된 파워 범위내에서 작용하는 콘택력 측정을 위해서는, 상기 측정이 압착력 또는 파워 콜렉터의 진정한 콘택력의 액티브한 조절을 위해 필요한 것과 같이, 상기 장치가 완전히 부적합한데, 그 이유는 광섬유 파워 센서가 매우 낮은 신호/잡음-비율을 가지며 충분히 정확한 연속적인 측정값 결정이 가능하지 않기 때문이다. 상기 센서는 웨어링 스트립상에 작용하는 압착력의 작용점을 결정하는 것을 허용하지 않는다. 상기 장치가 스트립 부재의 전체 길이에 걸쳐 뻗기 때문에, 이 장치는 적지 않은 공간적 확장 및 질량을 가지며, 이것은 파워 콜렉터의 진동 기술적인 및 공기 역학적인 특성에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다. 기술적인 형성은 파워 콜렉터의 조립, 관리 및 수송시 피할 수 없는 것과 같은 부하에 대해 지나치게 민감하게 나타난다. 광섬유의 기계적인 부하의 정도에 따라 광전달 특성의 온도 의존성이 변동되기 때문에, 상기 온도 의존성의 효과적인 보상은 거의 이루어질 수 없다. 상기 파워 센서의 광섬유에 종속된 지속적으로 교체되는 기계적인 부하 및 변형은 상기 광섬유 센서의 수명을 제한하고 그에 따라 상기 장치의 작동 안정성을 보장해주지 못한다.
특허 공보 EP 0 697 304 A2호에는, 수직으로 진행할 수 있는 구조물상에 배치되어 파워 콜렉터 헤드를 지지하는 지지 절연체 하부에 또는 스트립 부재에 할당되어 유사하게 측정되는 부하 기록 장치가 제공된, 액티브하게 조절되는 파워 콜렉터용 압착력 측정 장치가 공지되어 있으며, 상기 부하 기록 장치는 제어 유닛을 통해 별도로 동작하는 2개의 수직 행정 구동 장치의 작용에 영향을 미치기 위하여 추가의 길이 측정 센서와 상호 작용해야 한다. 이 부하 기록 장치는 광파 가이드를 사용하는 경우에도 상기 장치의 구성, 배치 및 작용에 대한 자세한 기술이 없더라도 구성될 수 있다. 적어도 부하 기록 장치가 지지 절연체 하부에 배치되는 경우에는 압착력 량의 측정면에서 상당한 어려움이 나타나는데, 그 이유는 콘택 장소와 측정 장소 사이에 작용하는 와인딩 파워 및 부피 파워가 측정 결과에 영향을 미치기 때문이다. 도면으로부터 알 수 있는 부하 기록 장치의 크기는 상기 기록 장치를 스트립 부재 가까이에 배치하는 것이 불가능하게 보이게 하는데, 그 이유는 그에 의해서 파워 콜렉터의 진동 기술적인 및 공기 역학적인 특성이 바람직하지 않게 영향을 받을 수 있기 때문이다. 상기 부하 기록 장치에 의해서는 웨어링 스트립상에 압착력 작용 장소를 결정하는 것이 불가능하다.
예를 들어 궤도에 조립된 축 계측 장치와 같은 레일 기술 전문 영역에서 기계적인 압축력을 측정하는 특수한 광파 가이드 센서를 갖춘 장치의 보다 정확한 설명은 특허 공보 DE 195 18 123 C1호에 공개되어 있다. 상기 센서는 내부 파이프 및 상기 파이프에 동축인 외부 파이프를 포함하며, 이 외부 파이프는 파이프 길이 방향으로 나누어져 있고 서로 접촉되지 않는 2개의 절반 셸을 형성한다. 광파 가이드 유리 섬유는 나사선 형태로 내부 파이프와 외부 파이프-셸 사이에서 탄성 재료내에 매립되어 한 측면에서 센서의 기계적인 압력 부하를 경험하며, 이 경우에는 2개의 외부 파이프-절반셸이 상호적으로 움직이고, 규정된 휨 반경 영역에서 가역 휨을 형성하며, 이 휨에 의해서는 유리 섬유를 통과하는 광신호가 측정 가능하게 댐핑된다. 상기 센서의 구성은 복잡하다. 상기 센서는 부하 방향을 위해서만 적합하고, 구조상 독자적으로 지지하는 부품으로서 파워 콜렉터내에 통합될 수는 없으며, 기계적인 과부하시에는 파괴된다. 상기 센서의 광섬유의 교체되는 기계적 부하 및 변형은 온도 보상 조치의 효과를 감소시키고, 마찬가지로 수명 및 작동 안전성을 제한한다. 따라서 이와 같은 센서는 파워 콜렉터를 액티브하게 조절하려는 의도로 파워 콜렉터의 압착력을 측정하기에는 알맞지 않은 것 같다.
액티브하게 조절될 수 있는 파워 콜렉터에 대한 압착력을 측정하기 위한 추가 장치는 특허 공보 DE 195 40 913 C1호에 제안되어 있다. 상기 공보에서 파워 센서는 웨어링 스트립을 지지하는 스프링 레그에 배치되고, 가속 센서는 하나의 싱글 아암 팬터그래프(single-arm pantograph)의 나란한 2개의 웨어링 스트립을 지지하는 로커에 배치될 수 있다. 2개의 센서 신호는 조절 장치의 입력에 제공되고 특수한 토션 액추에이터에 의해 트리거되며, 상기 액추에이터는 축을 중심으로 싱글 아암 팬터그래프의 하부 아암과 상부 아암 사이에 배치되어 파워 콜렉터의 통상의 행정 장치에 추가적으로 콘택 와이어에서의 웨어링 스트립의 압착력을 세팅한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 콘택 와이어에서의 웨어링 스트립의 압착력은 경로 측정을 통해 스프링 레그의 휨으로부터 결정되거나 또는 파워 센서가 스프링 레그를 통해 전달되는 파워를 측정한다. 콘택 와이어와 웨어링 스트립 사이의 고유의 콘택 장소와 센서 사이의 비교적 큰 거리는 단점으로 작용하는데, 그 이유는 콘택 장소와 각각의 콘택 와이어 사이에서 작용하는 부피 파워 및 와인딩 파워가 측정 결과에 영향을 미치고 조절 결과가 변조되도록 작용할 수 있기 때문이다. 그러나 센서의 실현 및 작용 원리를 위해 상기 발견 장소로부터는 아무것도 얻어낼 수 없다.
프랑스 정기 간행 출판물 'Delfosse, P; Sauvestre, B.: Measurement of contact pressure between pantograph and catenary',Revue Generale desChemins de Fer, VOL. 1, NO. 6, 1983, Seiten 497-506'에서는 압착력 측정 장치가 제안되며, 상기 장치는 콘택 와이어 및 체인 부재로부터 공중 가이드 장치의 상태를 판단하기 위해 이용되고 특수하게 형성된 측정 파워 콜렉터를 사용하며, 상기 파워 콜렉터에서 서로 나란히 배치된 2개의 웨어링 스트립은 각각 특수한 콘택 스트립으로 대체되고, 상기 스트립은 각각 2개의 휨 빔에 의해 지지되며, 상기 휨 빔은 팽창 측정 스트립 및 전위차계를 이용한 측정에 의해 각각의 콘택 스트립에 작용하는 압착력을 그것의 량에 따라서 뿐만 아니라 작용점에 따라서도 한측이 고정된 휨 빔으로부터 가해지는 회전 토크로부터 결정할 수 있다. 파워 콜렉터 로커 영역에 배치되고 고전압 전위로 배치되는 센서는 높은 장치 비용으로 차량 제어부내에 통합된 에너지 공급 장치, 신호 처리 장치 및 제어 장치로부터 전위 분리될 수 있고, 특수한 조치에 의해 전기적 및 자기적 장애 필드로부터 보호된다. 도시된 파워 센서 장치는 기계적 및 기후적인 영향에 대해 보호 기능을 갖지 않는다. 상기 장치가 작동에 이용하기 위해 적합한 파워 콜렉터에 구조적으로 매칭되는 것이 복잡하고도 비용이 많이 들게 보이며, 휨 빔 장치의 추가 재료가 파워 콜렉터의 진동 기술적인 및 공기 역학적인 특성에 바람직하지 않게 영향을 미침으로써, 결과적으로 실제 파워 콜렉터의 콘택 제품을 액티브하게 조절하고 측정하기 위한 센서를 갖춘 장치가 작동에 이용하기 위해 고려된다.
EP-0 363 623호에는, 파워 콜렉터의 웨어링 스트립과 콘택 와이어 사이의 압착력을 결정하기에 적합한 적어도 하나의 광섬유 센서, 센서 제어 및 센서 신호 처리 장치, 및 전위 분리된 신호 전달을 위해 상기 장치들을 결합시키는 광섬유 장치를 갖춘, 전기를 공급받는 차량, 특히 전기 레일 작동 차량의 콘택 와이어와 파워 콜렉터 사이의 압착력을 측정하기 위한 장치가 공지되어 있으며, 웨어링 스트립의 베이스 바디와 웨어링 스트립 캐리어 사이에는 상기 2개 장치를 고정 결합시키는 2개의 탄성 변형 바디가 배치되고, 이 변형 바디는 웨어링 스트립을 지지하고 상기 바디내에는 각각 하나의 광섬유 센서가 통합되며, 상기 센서는 변형 바디의 압착력과 동등한 변형을 검출하여 센서 제어 및 센서 신호 처리를 위한 언급한 장치로 신호화하며, 상기 장치내에서는 검출된 변형이 압착력과 동등한 신호로 변환되어 송출되고, 상기 신호로부터는 원하는 압착력 변동과 동등한 명령이 유도되어 송출된다.
본 발명은 청구항 1 및 2의 전제부에 자세하게 기술된 바와 같은, 전기를 공급받는 차량의 콘택 와이어와 파워 콜렉터 사이의 압착력을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 레일 구동 차량의 파워 콜렉터를 위한 본 발명에 따른 장치의 배치를 보여주는 개략도이며,
도 2는 본 발명에 따른 장치의 배치 및 구성을 보여주는 부분 단면도이고,
도 3은 광섬유 리플렉스 센서의 기능 원리도이며,
도 4는 본 발명에 따른 장치의 광섬유 리플렉스 센서의 신호 레벨/간격-특성 p = p(a)의 그래프이다.
본 발명의 목적은, 전술한 단점들을 피하는 동시에, 선행 기술에서 파워 측정을 위한 광섬유 신호 전달 기능을 하는 광섬유 센서를 위해 고전압하에서 일반적으로 기대되는 및 결정된 광섬유 센서를 위해 기술된 장점을 이용하는 일반적인 장치를 위한 해결책을 제공하는 것이다. 이 경우 상기 장치의 광섬유 센서는 파워 콜렉터와 콘택 와이어 사이의 실제 콘택 장소에 가급적 가까이 배치되고, 그 사이에 더 큰 상대 경로가 없더라도 부품 사이에서 작용하는 파워를 직접 측정할 수 있다. 상기와 같은 해결책은, 파워 콜렉터의 진동 기술적인 및 공기 역학적인 특성이 최대로 장해를 받지 않고 유지되도록 광섬유 센서를 갖춘 언급한 장치의 형상, 크기, 부피 및 배치를 형성해야 한다. 상기 장치는 압착력의 량에 따라서 뿐만 아니라 스트립 부재상에서의 작용 장소에 따라서도 압착력을 결정하여 압착력과 동등한 신호를 형성 및 송출할 수 있거나 또는 액티브하게 조절되는 파워 콜렉터를 위해 사용될 수 있는 압착력을 변동시키는 명령을 형성하여 송출할 수 있다.
상기 목적은 청구항 1에 기술된 특징을 갖는 방식의 장치에 의해 달성된다. 바람직한 변형예 및 실시예는 그 다음의 종속항에서 기술된다.
본 발명에 따른 장치에 의해서는, 행정 구동 장치 및 제어 장치를 이용하여 파워 콜렉터의 압착력을 지속적으로 조절하기 위해 필수적인 압착력과 동등한 신호에 도달하거나 산기 신호로부터 압착력 변동과 동등한 명령이 유도되어 송출될 수 있으며. 이 경우에는 광섬유 센서 및 상기 센서의 전기적으로 전위 분리된 신호 전달을 위해 원칙적으로 공지된 장점이 이용 가능하게 될 수 있다.
본 발명에 따른 해결책에 의해서는, 압착력이 그것의 량에 따라서 (웨어링 스트립 또는 스트립 부재를 지지하는 2개 광섬유 센서의 신호의 총합에 의해서) 뿐만 아니라 작용점에 따라서도 (웨어링 스트립 또는 스트립 부재를 지지하는 2개 광섬유 센서의 개별 파워로부터 신호를 비교하고 상기 레버 법칙의 산술적인 적용에 의해서) 압착력이 결정될 수 있다. 콘택 와이어 및 체인 부재가 주행 가이드 키에 걸려 있는 장소에서는 압착력 피크가 규칙적으로 나타난다고 공지되어 있기 때문에, 언급된 압착력 피크를 저지하기 위해서는 압착력의 변동 작용점의 인식이 조절 알고리즘에 따라 콘택 와이어의 지그-재그-특성을 인식하고 주행 가이드 키-연속 주파수 및 그것의 제 1 및 제 2 유도를 검출하며 압착력의 조정을 위해 사용하도록 이용될 수 있다.
본 발명의 중요한 장점은, 본 발명에 따른 장치가 고전압 전위로 배치된 부품 사이의 파워, 압력 및 가속이 측정될 수 있는 기술의 다른 영역내에 적용되기 위해서도 용이하게 변형될 수 있다는 점이다. 지금까지 통상적인 측정 방법에 비해 팽창 측정 스트립 및 전위차계에 의한 측정값 형성 또는 압전 파워 기록에 의해서는 측정 장치, 신호 변동, 신호 전송 및 신호 처리를 위한 경비의 현저한 감소가 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 중요한 장점은, 가급적 적은 치수 및 부피를 가지며 파워 콜렉터의 부품 사이에서 파워를 전달하는 방식으로 통합될 수 있도록 측정 장치의 부품이 광섬유 센서와 함께 형성되어 사용된다는 점이다.
추가의 장점으로서는, 본 발명에 따른 장치에 필요한 측정 장치의 부품들이 저렴하고도 재생 가능한 특성을 가지고 제조될 수 있다는 점이 있다.
본 발명에 따른 구상의 다음 장점으로서는, 예를 들어 실시예에 도시된 변형예에서는 이미 실험된 구조면에서 및 기존의 파워 콜렉터 타입의 사용면에서의 변동이 다만 매우 적게만 필요하다는 점이 있는데, 그 결과 본 발명에 따른 장치의 저렴한 개장은 작동중에 있는 다수의 전기 레일 작동 차량에서도 고려된다.
본 발명에 따라 형성된 장치에 의해 얻어지는 압착력과 동등한 신호는, 예를 들어 파워 콜렉터의 콘택 질을 테스트하거나 또는 공중 가이드 및 체인 부재의 상태를 삽입 섹션내에서 판단할 수 있는 특수한 측정 목적을 위해서도 적합하다.
본 발명은 코일 와이어로부터 레일 구동 차량으로 에너지를 전달하기 위한 장치의 실시예에서 도면을 참조하여 자세하게 기술된다.
도 1에 따라 전기로 움직이는 차량(2)은 지붕측에서 및 콘택 와이어(1)의 고전압 전위로부터 절연되어 전류 콜렉터(3)를 포함하고, 이 전류 콜렉터는 그것의 상부 단부에서 로커(4)를 탄성적으로 가이드하며, 이 로커는 로커 섀시(5)와 함께 한 쌍의 웨어링 스트립(6)을 지지하고 콘택 와이어(1)를 향해 가이드한다. 이 경우 웨어링 스트립(6)은 실제로 베이스 바디(7) 및 그 위에 고정 결합된, 콘택 와이어(1)와 함께 콘택을 지지하는 웨어링 부품(8)으로 이루어진다. 전류 콜렉터(3)의 하부 단부에는 전류 콜렉터 행정 구동 장치가 연결되며, 상기 구동 장치는 제어 장치(10)에 의해 트리거링되어 웨어링 스트립(6)을 정해진 압착력으로 콘택 와이어(1)를 향해 압착해야 한다. 그러나 자체 조절되는 압착력은 정적인 크기가 아니라, 오히려 차량의 속도, 와인딩 강도 및 와인딩 방향, 콘택 와이어를 가이드하는 체인 워크 및 그것의 전류 콜렉터 진동, 마찰 진동 및 와인딩 유도된 진동 그리고 전자 구동 차량의 상대 운동으로 인해 상기 차량의 주행 경로를 따라 계속적으로 변동된다. 그러나 가급적 좁은 파워 영역 내부에서 압착력을 유지하는 것은전자 구동 차량에 에너지를 중단없이 전달하기 위해 및 웨어링 부품 및 콘택 와이어의 가급적 적은 마모를 위해 필수적이며, 차량 속도 및 차량 파워의 증가에 따라 더 중요하고 더 어렵다. 압착력이 가급적 좁은, 사전 설정되는 허용 범위내에서 진행되도록 하려는 목적으로 전류 콜렉터를 액티브하게 조절하는 것은 가급적 정확하고 연속적인 결정을 전제 조건으로 하며, 이 때 측정 장소는 콘택 와이어(1)와 웨어링 부품(8) 사이에 있는 실제 콘택 장소의 가급적 직접 근처에 배치되어야 한다.
이 목적을 위해 도 2에 도시된 변형예에 따라 웨어링 스트립(6)의 양단부의 각 단부 가까이에서 베이스 바디(7)와 로커 섀시(5) 사이에는 도시된 탄성 변형 바디(11)가 각각 형성된다.
본 발명의 다른 (도시되지 않은) 변형예에 따라 탄성 변형 바디(11)는 베이스 바디(7)와 웨어링 부품(8) 사이에 배치되어야 한다. 상기와 같은 장치에 의해 측정된 파워는 진정한 콘택력에 더 접근하는데, 그 이유는 베이스 바디(7)상에 부력 또는 출력으로서 작용하는 파워 성분이 와인딩 및 차량 속도에 의존하는 공기 흐름으로부터 측정 장치를 통해 함께 고려되기 때문이다.
탄성 변형 바디내에는 공지된 광섬유 리플렉스 센서(19)가 통합되어, 공지된 적용예에 비해 통상적인 방식으로 변형된 관련 장치(27)와 센서 신호 제어 및 센서 신호 처리를 위해 전기적으로 전위 분리되어 결합된다. 로커 섀시(5), 2개의 탄성 변형 바디(11) 및 상기 바디에 의해 지지되는 웨어링 스트립(6)이 콘택 와이어(1)의 고전압 전위를 취하는 한편, 상기 장치(26)는 센서 신호 제어 및 센서 신호 처리를 위해 광섬유 경로상에서 전기적으로 전위 분리된 신호를 송신 및 수신하기 때문에 임의의 장소에서 반대 전이하에서 전자 구동 차량(2)의 제어에 통합될 수 있고, 파워 콜렉터 행정 구동 장치(9)의 제어 장치(10)에는 압착력과 등가인 신호(27) 또는 압착력을 변동시키는 바람직한 명령(28)에 의해 통상의 제어 신호 전위가 제공된다.
이 경우 각각의 탄성 변형 센서는 로커 섀시(5)와 강성으로 결합된 제 1 부분 바디(12), 웨어링 스트립(6)의 베이스 바디(7)와 강성으로 결합된 제 2 부분 바디(13), 및 상기 2개의 부분 바디(12 및 13)를 결합시키는 스프링(14)을 포함하며, 이 스프링은 결합 압착력(F)의 방향으로 부분 바디(12 및 13)의 동작을 서로 상대적으로 허용한다. 부분 바디(12 및 13) 사이의 상기 동작이 베이스 바디(7)로부터 로커 섀시(5)로 전달되는, 개별 탄성 변형 바디 위에 작용하는 압착력(F) 성분의 측정 영역내에서 자유롭도록 스프링(14)이 설계된다.
예를 들어 각각의 탄성 변형 바디(11)내에 통합된 광섬유 리플렉스 센서(19)는 실제로 공간적으로 서로 분리된 2개의 부분으로 이루어진다: 탄성 변형 바디(11)의 제 1 부분 바디(12)내에 견고하게 나사 결합된 제 1 삽입물(20)은 서로 나란히 규정된 간격으로 이격된 2개의 광 가이드를 포함하며, 그 중에서 송신 광 가이드(22)는 장치(27)로부터 출발하는 송신 광선(24)을 가이드하고 정면으로부터 결정된 반사 각도내에서 벗어날 수 있다. 상기 광은 공간적인 간격(a)을 두고 제 2 삽입물(21)에 의해 지지되는 반사면(26)에 충돌되며, 상기 삽입물은 탄성 변형 바디(11)의 제 2 부분 바디(13)내에 고정되어 반사면(26)으로부터 제 1 삽입물(20)방향으로 반사된다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 2개 삽입물(20 및 21)의 간격(a)에 의존하는 부분 전류는 수신 광 가이드(23)에 의해 포착될 수 있고, 수신 광선(25)으로서 센서 신호 제어 및 센서 신호 처리 장치(27)에 제공될 수 있다.
반사면(26)이 작용하는 압착력(F)의 방향에 대해 직각으로 뻗도록 광섬유 리플렉스 센서(19)가 탄성 변형 바디(11) 내부에 정렬되면, 리플렉스 센서(19)가 제 1 삽입물(20)과 반사면(26) 사이의 간격(a) 변동에 의해 압착력(F) 변동의 결과로서 조절되는 반사 광흐름의 변동을 검출함으로써, 결과적으로 센서 신호 제어 및 센서 신호 처리 장치(27)는 상응하는 측정에 따라 송신 광선(24)과 수신 광선(25) 사이의 광흐름 차이의 변동으로부터 관련 광섬유 리플렉스 센서(19)의 삽입물(20 및 21) 사이의 간격(a) 변동을 인식하고, 각각의 웨어링 스트립(6)을 지지하는 2개 광섬유 리플렉스 센서(19)의 신호의 총합으로부터 작용하는 압착력(F)을 결정한다. 이 때 탄성 변형 바디의 제작 재료 및 구조는, 광섬유 리플렉스 센서(19)가 2개 측정 영역(M1 또는 M2) 중의 한 영역내에서 상기 센서의 신호 레벨/간격-특성(p = p(a))에 중요하게 작용하도록 형성되며, 상기 특성은 도 4에서 신호 레벨-최대값(P) 양측면에서 특징적인 것이다.
서로 나란히 그리고 규정된 간격으로 이격된 송신 광 가이드(22) 및 수신 광 가이드(23)는 바람직하게 광도파관-섬유 다발로서 형성되며, 이 섬유 다발은 (예컨대 도 3에서와 같이) 서로로부터 간단히 분리되고, 서로로부터 다중으로 분리되거나 서로 동심으로 배치되거나 또는 정적으로 혼합된 섬유 다발내에서 가이드될 수있다.
(도면에 도시되지 않은) 본 발명의 다른 실시예에 따라 광섬유 리플렉스 센서(19)는, 반사면(26)이 작용하는 압착력(F)의 방향에 대해 수직으로가 아니라 오히려 나란히 뻗도록 탄성의 변형 바디(11) 내부에 정렬됨으로써, 탄성 변형 바디(11)의 변형이 제 1 삽입물(20)에 대해 동일한 간격(a)으로 반사면(26)의 측면 이동을 결과적으로 야기한다. 이 경우 반사면(26)은 예를 들어 상기 반사면의 에지가 도 3에 도시된 송신 광선(24) 및 수신 광선(25)의 오버래핑 영역에 의해 이동되도록 배치되어야 한다. 그럼으로써 광섬유 리플렉스 센서(19)는, 반사면(26)의 반사되는 부분의 변동에 의해 압착력(F)의 변동의 결과로서 조절되는 반사된 광흐름의 변동을 검출한다.
이중 판스프링을 갖는 도 2에 도시된 장치가 스프링(14)으로서 특히 바람직하다고 증명되었는데, 상기 판스프링(15 및 16)은 한편으로는 제 1 부분 바디(12)에 의해 공통으로 고정되어 하중을 받으며, 다른 한편으로는 제 2 부분 바디(13)에 의해 공통으로 고정되어 하중을 받는다. 이와 같은 탄성의 변형 바디(11)는 한편으로는 플렉시블하며 수직으로 작용하는 측정될 압착력(F)의 방향으로 비교적 크고 거의 선형으로 정렬된 스프링 경로 및 높은 탄력을 가지며, 그럼으로써 비스듬한 신호 레벨/압착력-특성 곡선을 갖는 높은 해상도 및 결합 장소인 변형 바디/부품, 부품 고유의 진동 및 콘택 와이어와 스트립 부재 사이의 마찰 진동으로부터 얻어지는 장애 신호를 억제하는 높은 신호/잡음-비율이 달성될 수 있다. 다른 한편으로는 탄성의 변형 바디가 측정될 압착력(F)에 대해 수직으로 배치된 방향으로 횡력및 종력에 대한 높은 강성 및 진동에 대한 안정성을 가지며, 이와 같은 특성은 예를 들어 1000N까지의 와인딩 부하로 수평 평면에서 웨어링 스트립에 작용함으로써, 결과적으로 상기 웨어링 스트립이 모든 조건하에서 안정적으로 가이드된다.
본 발명의 실시예에서 탄성 변형 바디(11)의 제 1 부분 바디(12), 제 2 부분 바디(13) 그리고 높은 정확성 및 재생 가능 특성을 갖는 이중 판스프링(15/16)은 (예를 들어 기계적으로 연마되거나 전자 부식되는 와이어 처리 또는 레이저 분리에 의해) 언급된 제작 재료로 일체로 완성될 수 있다.
광섬유 리플렉스 센서(19)의 2개의 삽입물(20 및 21)이 인접 파워 콜렉터-부품내에 (즉, 5 및 7내에 또는 7 및 8내에) 직접 내장되면(미도시), 2개의 부분 바디(12 및 13)는 본 발명의 변형예에서 축소될 수 있고 탄성의 변형 바디는 계속해서 공간 절약적으로 및 적은 부피로 형성될 수 있다.
마찬가지로 도면에 도시되지 않은 본 발명의 추가 변형예에 따르면, 탄성 변형 바디가 예를 들어 상응하는 리세스내에 삽입됨으로써, 상기 방식의 탄성 변형 바디를 웨어링 스트립(6)의 베이스 바디(7)에 결합하지 않고, 오히려 상기 변형 바디를 베이스 바디(7)내에 또는 심지어 웨어링 스트립(6)의 스트립 부재내에 통합할 수 있다. 상기와 같은 바람직한 실시예에서는 탄성의 변형 바디(11)가 전술한 처리 방법으로 베이스 바디(7)의 제작 재료내에 부가되어 상기 재료와 일체로 형성된다.
탄성의 변형 바디(11)를 예를 들어 수송시에 및 파워 콜렉터의 내장시에 또는 공중 가이드 장치의 손상시에 나타나는 높은 압력 또는 인장력에 의한 파괴로부터 보호하기 위해서는 본 발명의 하나의 변형예에 따라 탄성의 변형 바디(11)내에 특수한 스토퍼(17 및 18)가 형성된다(도 2).
탄성의 변형 바디(11)를 위해서 이중 판스프링(15/16) 대신 상기와 같은 스프링(14)도 생각할 수 있는데, 상기 스프링은 한측 또는 양측에 고정된 휨 빔을 가지거나 또는 폐쇄면 혹은 다수의 부분면을 갖는 박막 스프링을 사용한다.
본 발명에 따른 장치의 손상된 부품을 기계적 및 기후적 주변 영향으로부터 보호하기 위해서는 본 발명의 추가 변형예에 따라, 탄성의 변형 바디에 주변 영향에 대해 밀봉된 커버가 제공되고, 상기 커버는 2개 부분 바디(12 및 13)의 동작이 서로 상대적이고 스프링(14)의 움직임이 방해되지 않도록 형성된다. 바람직하게 상기 커버는 합성 고무 피부로서 예를 들어 둘레 주입 또는 접착에 의해서 제공된다.
본 발명은 레일 전자 구동 차량 및 절반 레일 또는 로커가 있는 혹은 없는 그리고 도시된 형태의 하나 또는 2개의 웨어링 스트립을 갖는 파워 콜렉터에만 제한되지 않고, 오히려 예를 들어 스트립 부재, 웨어링 스트립, 웨어링 스트립 캐리어 및/또는 행정 구동 장치가 완전히 다르게 구성된 파워 콜레터에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 해결 원리는 또한 수직으로 작용하는 압착력의 결정에만 제한되지 않는다: 동일 형태의 변형 바디 및 광섬유 리플렉스 센서를 갖는 측정 장치는, 판스프링 평면이 수평으로부터 수직 평면으로는 차량에 대해 횡으로 그리고 웨어링 스트립에 대해 나란히 또는 차량을 따라 수직 평면으로 선회되어 변형 바디가상기 위치에 상응하게 고정되도록 예를 들어 실시예의 변형 바디가 각각 90。만큼 기울어짐으로써,파워 콜렉터에서 차량 종방향으로 작용하는 파워를 측정하기 위해서 또는 파워 콜렉터에서 차량 횡방향으로 작용하는 파워를 측정하기 위해서 사용될 수 있다. 작용하는 파워를 총량, 작용 장소 및 작용 방향면에서 완전히 파워 벡터로서 결정할 수 있기 위해서, 각각 서로 직각으로 측정되는 2개 또는 3개의 측정 장치를 조합하는 것도 가능하다.
본 발명은 또한 파워 측정에만 한정적으로 적용되지 않고, 오히려 가속 및 압력 측정에 용이하게 적용될 수 있으며, 고전압 전위로 배치된 부품에서 상기와 같은 것을 특정하기 위한 기술 분야에도 사용된다.
Claims (13)
- 파워 콜렉터(3)의 웨어링 스트립(6)과 콘택 와이어(1) 사이의 압착력을 결정하기에 적합한 적어도 하나의 광섬유 센서, 센서 제어 및 센서 신호 처리 장치 및 전위 분리된 신호 전달을 위해 상기 장치들을 결합시키는 광섬유 장치(27)를 갖춘, 전기를 공급받는 차량, 특히 전기 레일 작동 차량의 콘택 와이어(1)와 파워 콜렉터(3) 사이의 압착력을 측정하기 위한 장치에 있어서,웨어링 스트립(6)의 베이스 바디(7)와 스트립 부재(8) 사이에 상기 2개의 부재를 견고하게 결합시키는 2개의 탄성 변형 바디(11)가 배치되며,상기 변형 바디는 웨어링 부품(8)을 지지하고 상기 변형 바디내에는 각각 하나의 광섬유 리플렉스 센서(19)가 통합되며,상기 센서가 변형 바디(1)의 압착력과 동등한 변형을 검출하여 센서 제어 및 센서 신호 처리 장치(27)로 신호화하여 송출하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1항에 있어서,탄성의 변형 바디(11)가 제 1 부분 바디(12), 제 2 부분 바디(13) 및 상기 2개의 부분 바디(12 및 13)를 결합시키고 부분 바디(13)에 가해지는 압착력(F)의 방향으로 부분 바디(12 및 13)의 압착력과 동등한 움직임을 서로 상대적으로 허용하는 스프링(14)을 포함하며,상기 광섬유 리플렉스 센서(19)가 각각의 탄성 변형 바디(11) 내부에서 작동방향에 대해 평행하게 정렬 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1항에 있어서,탄성의 변형 바디(11)가 제 1 부분 바디(12), 제 2 부분 바디(13) 및 상기 2개의 부분 바디(12 및 13)를 결합시키고 부분 바디(13)에 가해지는 압착력(F)의 방향으로 부분 바디(12 및 13)의 압착력과 동등한 움직임을 서로 상대적으로 허용하는 스프링(14)을 포함하며,상기 광섬유 리플렉스 센서(19)가 각각의 탄성 변형 바디(11) 내부에서 작동 방향에 대해 직각으로 정렬 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서,상기 광섬유 리플렉스 센서(19)가 제 1 삽입물(20) 및 제 2 삽입물(21)을 포함하며,상기 제 1 삽입물(20)은 제 1 부분 바디(12)내에 고정되고 송신 광선(24)을 위한 송신 광가이드(22) 및 수신 광선(25)을 위한 수신 광가이드(23)를 가이드하며, 제 2 삽입물(21)은 제 1 삽입물(20)에 대해 간격(a)만큼 축방향으로 이격 배치되고 제 2 부분 바디(13)내에 고정되어 반사면(26)을 지지하며,송신 광가이드(22)의 광배출면 및 수신 광가이드(23)의 광입사면이 서로 인접하여 반사면(26)을 마주 보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 2항에 있어서,제 1 삽입물(20)과 반사면(26) 사이의 간격(a)의 압착력과 동등한 변동에 의해 조절되는 반사된 광흐름의 변동을 광섬유 리플렉스 센서(19)가 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 3항에 있어서,반사면(26)의 반사되는 부분의 압착력과 동등한 변동에 의해 조절되는 반사된 광흐름의 변동을 광섬유 리플렉스 센서(19)가 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,광섬유 변형 바디(11)가 웨어링 스트립(6)의 베이스 바디(7)내에 통합되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,광섬유 변형 바디(11)가 웨어링 스트립(6)의 웨어링 부품(8)내에 통합되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서,2개의 부분 바디(12 및 13)를 결합시키는 스프링이 판스프링(16)을 갖는 이중 판스프링(15)인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 9항에 있어서,상기 탄성의 변형 바디(11)가 제 1 부분 바디(12), 제 2 부분 바디(13) 및 스프링(14)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 탄성의 변형 바디(11)가 웨어링 스트립(6)의 베이스 바디(7)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 10항 또는 제 11항에 있어서,상기 탄성의 변형 바디(11)가 스토퍼(17, 18)를 포함하며,상기 스토퍼가 부분 바디(12 및 13)의 최대로 가능한 움직임을 서로 상대적으로 기계적으로 제한하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 탄성의 변형 바디(11)가 휘기 쉽고 밀봉되는 커버에 의해서 주변 영향에 대해 보호되는 것을 특징으로 하는 장치.
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