KR100484716B1 - 열차제어시스템용 차상발진모듈 - Google Patents

열차제어시스템용 차상발진모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열차제어시스템용 차상발진모듈에 관한 것으로서, 소정의 열차구동부를 갖는 열차의 주행경로를 제공하는 열차선로사이에 길이방향을 따라 분리 설치되고 각각 지상자코일과 상기 지상자코일과 각각 병렬로 연결된 다수의 지상자콘덴서를 갖는 지상자와, 상기 각 지상자의 지상자콘덴서들과 지상자코일사이에 개재하는 지상자계전기와, 소정의 지시속도값에 대응하는 지시속도주파수로 상기 지상자가 병렬 공진하도록 상기 지상자계전기의 온오프를 제어하는 지시속도제어부와, 다수의 대역통과필터를 가지고 외부로부터 입력되는 신호의 주파수를 검출하는 주파수검출기와, 상기 열차의 차륜에 부착되어 상기 열차의 주행속도를 검출하는 속도검출기와, 상기 주파수검출기에서의 검출주파수 및 상기 속도검출기의 검출속도에 기초하여 상기 열차구동부의 동작을 제어하는 열차속도제어부를 포함하는 열차제어시스템용 차상발진모듈에 있어서, 상기 열차제어시스템이 설치된 열차가 상기 지상자를 통과할 때 상기 지상자의 응동영역내에 위치하도록 열차의 저면에 설치되고; 판상의 몰딩부와 상기 몰딩부에 소정의 결합도를 갖도록 매설되고 상기 지상자의 응동영역내에서 상기 지상자와 응동하여 전자유도결합신호를 유기하는 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일을 갖는 차상자와, 상기 몰딩부의 일측 판면에 결합되는 하부함체와 상기 하부함체와 협조하여 밀폐공간을 형성하는 상부함체와 상기 상부함체의 외부로 노출되도록 상기 상부함체에 장착되는 외부연결구를 갖는 연결함체와, PCB상에 제작되고 상기 상부함체 및 하부함체가 형성하는 밀폐공간에 설치되고 상기 외부연결구를 통해 상기 주파수검출기 및 상기 전원공급부에 각각 연결되며 소정의 상시발진주파수와 상기 유도결합신호의 주파수로 발진하도록 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일에 연결되는 발진회로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 1차 및 2차 차상자코일과 발진회로사이를 연결하는 케이블의 인덕턴스(상호 인덕턴스 포함)와 케이블 상호간의 정전용량에 따른 발진신호의 왜곡(연결케이블의 인덕턴스와 정전용량의 온도변화에 따른 왜곡 포함)을 감소시킬 수 있게 된다.

Description

열차제어시스템용 차상발진모듈 {MODULE WITH ON-BOARD UNIT AND OSCILLATOR FOR CONTROL SYSTEM OF TRAIN}
본 발명은 열차제어시스템용 차상발진모듈에 관한 것으로서, 보다 상세히는 열차선로사이에 분산 설치된 다수의 지상자와 열차에 설치된 차상자사이의 전자유도결합을 통해 소정의 지시속도값을 나타내는 지시속도주파수를 구하고, 이 지시속도주파수와 열차의 실제속도를 이용하여 열차의 주행속도를 제어하는 열차제어시스템에 적용되는 차상발진모듈에 관한 것이다. 여기서 열차라는 용어는 기차에 한정되지 않고, 지하철 등 지상에 설치된 궤도형태의 선로를 주행하는 모든 교통수단을 포함하는 의미로 사용된다.
최근 열차교통량이 증가함에 따라 한정된 선로시설을 효율적으로 이용하고, 주행속도에 따라 선행열차와의 적정거리를 확보하여 열차를 안전하게 운행할 수 있도록 ATS(Automatic Train Stopper), ATC(Automatic Train Control), ATO(Automatic Train Operation) 등의 열차제어시스템을 널리 사용하고 있다.
이러한 열차제어시스템은 일반적으로 열차의 실제주행속도값과 열차의 외부에 위치하는 상위제어부로부터 전달되는 지시속도값을 비교하여 열차의 주행속도를 제어하는 방식을 채택하고 있으며, 이를 위해 열차의 실제주행속도를 획득하는 수단과 상위제어부로부터의 지시속도값을 주행중인 열차로 전달하는 수단을 갖고 있다. 이러한 수단들을 구비한 종래의 열차제어시스템이 도4 내지 도6에 도시되어 있다.
도4는 종래의 열차제어시스템의 기능별 블록도이고, 도5는 도4의 차상자(240)의 사시도이며, 도6은 도4의 차상자(240)의 횡단면도이다.
종래의 열차제어시스템은, 도4에 도시된 바와 같이, 열차선로가 부설된 육상에 설치되는 지상장치부(10)와, 열차선로상을 주행하는 열차에 설치된 차상장치부(20)를 갖고 있다.
지상장치부(10)는 열차가 주행하는 열차선로사이에 설치된 지상자코일(미도시)과 지상자코일에 병렬로 연결된 다수의 지상자콘덴서로 구성되는 지상자(11)를 갖고 있다. 이러한 지상자(11)를 구성하는 지상자콘덴서중 지상자코일과 인접하는 지상자콘덴서를 제외한 다른 지상자콘덴서와 지상자코일사이에는 지상자계전기(13)가 개재되어 있다. 이들 지상자계전기(13)는 지시속도제어부(15)의 제어신호에 따라 온오프된다. 지시속도제어부(15)는 상위제어부(미도시)로부터 전달되는 지시속도값에 따라 지상자계전기(13)가 선택적으로 온오프되도록 제어한다. 지상자계전기(3)의 온오프에 따라 지상자(13)는 각 지시속도값에 대응하는 공진주파수로 병렬공진을 하게 된다. 이러한 지상자(11)의 회로구성과 동작은 본 출원인의 1995년 특허출원 제21112호(발명의 명칭 : 무응동방지 지상자 및 지상자부 검사장치)에 상세히 기재되어 있다.
차상장치부(20)는 열차가 지상자(13)를 통과할 때 지상자코일과 전자유도결합하는 1차 차상자코일(248a) 및 2차 차상자코일(248b)을 갖는 차상자(240)와, 소정의 주파수로 상시발진함과 동시에 열차가 지상자(13)를 통과할 때 지상자(13)의 공진주파수로 발진하는 발진회로(227)가 구현된 발진회로PCB(미도시)를 갖고 있다. 여기서 발진회로PCB는 후술하는 열차속도제어부(60)이 실장된 모듈랙에 설치되어 있다.
차상자(240)는, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 장방형상으로 형성되어 폭방향을 따라 순차적으로 제1열차결합영역(241a), 코일설치영역(241b) 및 제2열차결합영역(241c)으로 구획된 판상의 몰딩부(241)를 갖고 있다. 몰딩부(241)의 코일설치영역(241b)에는 제1열차결합영역(241a), 코일설치영역(241c) 및 제2열차결합영역(241c)의 구획방향에 가로로 부분적으로 중첩하도록 원형상의 1차 차상자코일(248a) 및 2차 차상자코일(248b)이 매설되어 있다. 몰딩부(241)는 4개의 결합공(247)을 통해 열차의 저면에 고정된다.
그리고 차상자(240)는 이들 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)사이의 결합도를 조절하기 위한 결합도조절부(270)를 갖고 있다.
결합도조절부(270)는 제1열차결합영역(241a) 및 제2열차결합영역(241c)에 4개의 결합공(278)을 통해 각각 나사 결합되는 한 쌍의 다리부(276a, 276b)와, 각 다리부(276a, 276b)의 중앙영역으로부터 몰딩부(241)의 판면에 수직방향을 따라 연장형성된 한 쌍의 수직부(274a, 274b)와, 한 쌍의 수직부(274a, 274b)를 상호 연결하도록 배치되는 보조경로부(271) 및 메인경로부(273)를 갖고 있다. 각 수직부(274a, 274b)의 중앙역역에는 안내장공(275a, 275b)이 길이방향을 따라 형성되어 있다.
보조경로부(271)는 협폭판상으로 제작되어 수직부(274a, 274b)의 종단을 연결하도록 배치되고, 메인경로부(273)는 협폭판상으로 제작되어 수직부(274a, 274b)의 중앙영역을 연결하도록 보조경로부(271)와 평행하게 배치되어 있다.
보조경로부(271) 및 메인경로부(273)의 단부영역에는 둘레방향을 따라 나사산이 형성되어 있는 주상돌기(미도시)가 안내장공(275a, 275b)을 향하여 돌출 형성되어 있고, 이 주상돌기(미도시)의 나사산에는 고정너트(277, 279)가 나사결합되어 있다.
여기서 각 수직부(274a, 274b)에 형성된 안내장공(275a, 275b), 보조경로부(271) 및 메인경로부(273)의 단부영역에 돌출 형성된 주상돌기와 주상돌기(미도시)의 나사산에 나사결합된 고정너트(277, 279)는 보조경로부(271)와 메인경로부(273)를 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)에 대하여 상대 이동시키는 경로이동부를 구성한다.
이러한 결합도조절부(270)를 차상자(240)에 마련하는 것은 발진회로(227)의 동작성능을 유지하기 위함이다. 이를 자세히 설명하면 다음과 같다.
차상자(240)가 열차에 설치된 상태에서 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)사이의 자기저항은 주위의 자성재질분포 변화에 따라 차상자(240)를 열차에 설치하기 전과 비교할 때 달라지고, 이에 따라 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)사이의 결합도도 달라진다. 이러한 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)사이의 결합도 변화는 전술한 바와 같이, 차상자(240)의 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)은 공진회로의 일부를 이루도록 발진회로(227)에 연결되어 있기 때문에 발진회로(227)의 동작에 직접 영향을 미치게 된다.
그러므로 차상자(240)를 열차에 설치한 후 차상자코일(248a, 248b)사이의 결합도 변화에 따른 상호유도신호변화를 보상하여 발진회로(227)의 성능저하를 방지하기 위하여 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)사이의 결합도를 조절하는 작업을 실시한다.
또한 차상자(240)는 메인경로부(273)의 길이방향에 가로로 배치되도록 몰딩부(241)의 코일설치영역(241b)에 설치된 1차 케이블커넥터(245a) 및 2차 케이블커넥터(245b)를 갖고 있다. 1차 케이블커넥터(245a)는 1차 차상자코일(248a)에 연결되고, 2차 케이블커넥터(245b)는 2차 차상자코일(248b)에 연결되어 있다. 1차 차상자코일(248a)은 1차 케이블커넥터(245a)에 연결된 소정의 케이블(미도시)을 통해 발진회로(227)에 연결되고, 2차 차상자코일(248b)은 2차 케이블커넥터(245b)에 연결된 소정의 케이블을 통해 발진회로(227)에 연결된다.
발진회로(227)는 일반적인 발진원리에 따라 소정 주파수로 공진하는 공진회로와 공진회로의 출력을 증폭하는 증폭회로를 갖고 있다. 여기서 발진회로(227)의 상시발진주파수는 보통 78k㎐로 선택하고 있다.
그리고 차상장치부(20)는 다수의 대역통과필터를 가지고 발진회로(227)의 발진주파수를 검출하는 주파수검출기(25)와, 열차의 차륜에 설치되어 열차의 실제 주행속도를 검출하는 속도검출기(21)와, 주파수검출기(25) 및 속도검출기(21)에 각각 연결되고 주파수검출기(25)에서 검출한 주파수 및 속도검출기(21)로부터의 속도검출신호에 기초하여 열차에 마련된 열차구동부(93) 및 경보부(91)를 제어하는 열차속도제어부(60)를 갖고 있다.
속도검출기(21)는 차량의 회전수를 검출하는 기술을 이용하여 구현할 수 있고, 주파수검출기(25)는 지상자(11)의 공진주파수를 선택적으로 통과시키는 다수의 대역통과필터를 사용하여 구현할 수 있다.
열차속도제어부(60)는 속도검출기(21)로부터 입력되는 주행속도검출신호를 처리하여 열차의 실제주행속도정보를 연산하는 속도연산부(61)와, 주파수검출기(25)로부터 입력되는 검출주파수신호와 롬(ROM)에 저장되어 있는 지시속도주파수/지시속도값 변환테이블을 이용하여 상위제어부에서 지령한 지시속도값이 얼마인지를 판별하는 지시속도판별부(62)를 갖고 있다.
이러한 구성을 갖는 열차속도제어부(60)는 속도연산부(61)에서 연산한 열차의 실제주행속도정보 및 지시속도판별부(62)에서 판별한 지시속도값을 비교하여 경보부(91) 및 열차구동부(93)를 제어한다. 예를 들면, 실제주행속도가 지시속도값보다 큰 경우 경보신호를 발생하고, 경보신호를 발생한 후 소정시간(예 : 5초)을 경과한 후에도 지시속도값 이하로 감속되지 않거나 운전자의 확인취급이 없는 경우 비상제동동작신호를 발생시킨다. 열차속도제어부(60)에서 발생한 경보신호와 비상제동동작신호에 따라 각각 경보부(91)와 열차구동부(93)가 동작한다. 여기서 열차구동부(93)는 열차를 정지시키는 비상제동변을 포함하고, 경보부(91)는 벨 등을 사용하여 청각적으로 구현하거나 발광다이오드(LED) 등을 사용하여 시각적으로 구현할 수 있다.
그리고 차상장치부(20)는 이들 발진회로(227) 및 열차속도제어부(60)에 동작전압을 공급하는 전원공급부(23)를 갖고 있다.
이러한 구성을 갖는 종래의 열차제어시스템을 사용하여 열차의 주행제어를 실시하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 지상자장치부(10)와 차상자장치부(20)를 열차에 설치한다. 이 때 차상자장치부(20)의 차상자(240)는 열차 차체의 하방 중심에서 주행방향을 향하여 좌측 300mm의 위치에 1차 차상자코일(248a) 및 2차 차상자코일(248b)의 중심이 위치하도록 설치한다.
다음에 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)사이의 결합도를 다음과 같은 방법으로 조절한다.
먼저 조절하고자 하는 결합도의 크기에 따라 고정너트(277, 279)중 어느 하나 또는 모두를 주상돌기로부터 분해한다.
다음에 분해된 고정너트(277, 279)에 대응하는 보조경로부(271) 및 메인경로부(273)의 주상돌기를 조절하고자 하는 결합도의 크기에 따라 안내장공(275a, 275b)을 통해 이동시킨다. 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)의 결합도를 상향 조절하고자 할 때에는 보조경로부(271)와 메인경로부(273)의 주상돌기를 1차 차상자코일(248a) 및 2차 차상자코일(248b)을 향하여 이동시키고, 결합도를 하향 조절하고자 할 때에는 보조경로부(271)와 메인경로부(273)의 주상돌기를 1차 차상자코일(248a) 및 2차 차상자코일(248b)로부터 멀어지는 방향으로 이동시킨다.
마지막으로 이동된 보조경로부(271)와 메인경로부(273)의 주상돌기에 고정너트(277, 279)를 결합하여 조임으로써, 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)사이의 결합도 조절이 완료된다.
다음 지시속도제어부(15)는 상위제어부로부터 전달받은 지시속도값 지령에 기초하여 지상자계전기(13)의 온오프를 제어하고, 이에 따라 각 지상자(11)는 지시속도값에 대응하는 공진주파수로 공진한다.
이러한 지상자계전기(13)의 온오프제어를 5현시 구간운전을 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 5현시 구간운전이란 선행열차가 주행하는 구간과 후행열차가 주행하는 구간사이에 항상 3개의 안전구간이 확보될 수 있도록 5개구간 각각에 대하여 다른 주행속도를 지시하면서 열차를 운전하도록 하는 것을 말한다. 이 때 상위제어부는 열차의 통과에 다른 선로점유상태를 검출하여 열차의 주행속도를 지시한다.
5현시구간운전에서 선행열차가 주행하는 구간에서의 지시속도는 제로(즉, 정지) 이에 대응하는 지상자의 공진주파수는 130k㎐이고, 선행열차의 주행구간보다 하나 앞선 구간에서의 지시속도는 25㎞ 이에 대응하는 공진주파수는 122k㎐이고, 선행열차의 주행구간보다 두개 앞선 구간에서의 지시속도는 65㎞ 이에 대응하는 공진주파수는 114k㎐이고, 선행열차의 주행구간보다 세개 앞선 구간에서의 지시속도는 105㎞ 이에 대응하는 공진주파수는 106k㎐이며, 선행열차의 주행구간보다 네개 앞선 구간에서의 지시속도는 무제한 이에 대응하는 지상자의 공진주파수는 98k㎐이다.
그리고 지상자(11)의 병렬공진회로를 구성하는 지상자콘덴서의 수는 5개이다. 이하 설명의 편의를 위하여 지상자코일에 인접하는 순서로 이들 지상자콘덴서를 C0, C1, C2, C3, C4 및 C5라고 하고 C1과 지상자코일사이에 개재하는 계전기를 RL1, C2와 지상자코일사이에 개재하는 계전기를 RL2, C3과 지상자코일사이에 개재하는 계전기를 RL3, C4와 지상자코일사이에 개재하는 계전기를 RL4라고 한다.
여기서 C0의 정전용량은 지상자코일과 C0로 구성되는 병렬공진회로의 공진주파수가 130k㎐가 되도록 설정되고, C1의 정전용량은 지상자코일과 C0, C1으로 구성되는 병렬공진회로의 공진주파수가 122k㎐가 되도록 설정되고, C2의 정전용량은 지상자코일과 C0, C1 C2로 구성되는 병렬공진회로의 공진주파수가 114k㎐가 되도록 설정되고, C3의 정전용량은 지상자코일과 C0, C1, C2, C3로 구성되는 병렬공진회로의 공진주파수가 106k㎐가 되도록 설정되고, C4의 정전용량은 지상자코일과 C0, C1, C2, C3, C4로 구성되는 병렬공진회로의 공진주파수가 98k㎐가 되도록 설정된다.
이하 상위제어부에 의한 열차주행속도 제어방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위하여 지상장치(10)가 설치된 구간을 0구간이라 하고, 선행열차는 0구간으로부터 출발하는 것으로 한다.
선행열차가 0구간을 주행하는 동안에는 상위제어부는 0구간의 지시속도값을 제로로 유지하라는 명령을 지시속도제어부(15)로 전달한다. 그러면 지시속도제어부(15)는 RL1, RL2, RL3 및 RL4 모두 오프되도록 제어하여 지상자의 공진주파수가 130k㎐가 되도록 한다. 열차가 0구간으로부터 1개 구간을 넘어 3번째 구간을 주행하면, 상위제어부는 0구간의 지시속도값을 65㎞로 유지하라는 명령을 지시속도제어부(15)로 전달한다. 그러면 지시속도제어부(15)는 RL1과 RL2는 온되도록, RL3과 RL4은 오프되도록 제어하여 지상자의 공진주파수가 114k㎐가 되도록 한다. 열차가 구간을 더 진행하면 같은 방법으로 지상자의 공진주파수가 변하도록 한다. 이러한 지시속도제어부(15)와 상위제어부에 의한 열차의 속도제어는 전술한 1995년 특허출원 제21112호에 상세히 설명되어 있다.
다음에 차상자(240)의 차상자코일(248a, 248b)에는 지상자(11)의 공진주파수 즉, 지시속도주파수를 갖는 신호가 유도된다.
다음에 차상자코일(248a, 248b)에 유기된 유도신호는 케이블을 통하여 발진회로(227)에 인가되고 발진회로(227)는 상시발진주파수를 갖는 신호를 발진함과 동시에 지상자(11)의 공진주파수를 갖는 신호를 발진하게 된다. 이러한 발진회로(227)의 동작은 종래 널려 알려져 있다.
한편 발진회로(227)의 공진주파수발진신호는 주파수검출기(25)에서 주파수검출되고 이 검출주파수정보는 주파수검출기(25)와 지시속도판별부(62)사이에 연결된 케이블을 통해 열차속도제어부(60)로 전달된다. 검출주파수정보의 전달과 병행하여 속도검출기(21)에서 검출된 열차의 차륜회전수신호는 열차속도제어부(60)로 전달된다.
열차속도제어부(60)는 주파수검출기(25)로부터의 검출주파수정보로부터 상위제어부로부터 지령된 지시속도값을 판별하고, 차륜회전수검출신호에 기초하여 열차의 실제주행속도를 연산한다.
다음에 열차속도제어부(60)는 연산한 열차의 실제주행속도를 판별한 지시속도값과 비교하여 열차에 마련된 열차구동부(93) 및 경보부(91)를 제어한다.
그런데, 종래의 열차제어시스템에 따르면, 차상자(240)와 발진회로(227)를 분리하여 제작하고 1차 차상자코일(248a)과 2차 차상자코일(248b)을 별도의 케이블을 사용하여 발진회로(227)에 연결함으로써, 차상자(240)와 발진회로(227)사이를 연결하는 케이블의 인덕턴스(상호 인덕턴스 포함) 및 케이블 상호간의 정전용량의 영향을 받아 발진회로(227)의 발진신호가 왜곡을 받게되어 주파수검출기(25)에서 발진신호중 상위제어부로부터의 지시속도값을 나타내는 발진주파수성분을 정확하게 검출하기 어렵게 된다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 케이블의 인덕턴스와 정전용량이 온도에 따라 변하는 환경에서는 가중될 수 있다. 이에 따라 지시속도값을 나타내는 발진주파수가 아닌 다른 발진주파수로 열차의 주행제어가 이루어질 염려가 있어 열차의 안전운행이 저해될 수 있다.
그리고 종래의 열차제어시스템에 따르면, 자속경로부로서 보조경로부(271)와 메인경로부(273)를 몰딩부(241)의 판면에 수직으로 배치된 수직부(274a, 274b)에 분리하여 설치하고 있기 때문에, 결합도조절부(270)의 설치공간이 커져 공간이용율이 저하될 뿐만 아니라 결합도조절조작이 복잡하다는 문제점이 있었다.
또한 차상자코일사이의 결합도는 자속경로부를 몰딩부(241)의 판면에 수직방향으로 이동시켜 조절하도록 되어 있기 때문에(자속밀도는 자속발생원으로부터 멀어질수록 작아지므로 자속경로부를 판면에 수직으로 이동시키는 경우 판면에 수평으로 이동시킬 때보다 영향을 받는 총자속수가 적어짐), 자속경로부의 단위 이동량 및 전체 이동량에 대한 결합도조절범위가 작다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 차상자와 발진회로사이를 연결하는 케이블의 인덕턴스 및 케이블 상호간의 정전용량이 발진동작에 미치는 영향을 감소시켜 상위제어부로부터의 지시속도값을 나타내는 발진주파수성분만을 정확하게 필터링할 수 있는 열차제어시스템용 차상발진모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 결합도조절범위를 확대시킬 수 있고, 결합도조절조작이 간단하며, 공간이용율을 향상시킬 수 있는 결합도조절부를 갖는 열차제어시스템용 차상발진모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정의 열차구동부를 갖는 열차의 주행경로를 제공하는 열차선로사이에 길이방향을 따라 분리 설치되고 각각 지상자코일과 상기 지상자코일과 각각 병렬로 연결된 다수의 지상자콘덴서를 갖는 지상자와, 상기 각 지상자의 지상자콘덴서들과 지상자코일사이에 개재하는 지상자계전기와, 소정의 지시속도값에 대응하는 지시속도주파수로 상기 지상자가 병렬 공진하도록 상기 지상자계전기의 온오프를 제어하는 지시속도제어부와, 다수의 대역통과필터를 가지고 외부로부터 입력되는 신호의 주파수를 검출하는 주파수검출기와, 상기 열차의 차륜에 부착되어 상기 열차의 주행속도를 검출하는 속도검출기와, 상기 주파수검출기에서의 검출주파수 및 상기 속도검출기의 검출속도에 기초하여 상기 열차구동부의 동작을 제어하는 열차속도제어부를 포함하는 열차제어시스템용 차상발진모듈에 있어서, 상기 열차제어시스템이 설치된 열차가 상기 지상자를 통과할 때 상기 지상자의 응동영역내에 위치하도록 열차의 저면에 설치되고; 판상의 몰딩부와 상기 몰딩부에 소정의 결합도를 갖도록 매설되고 상기 지상자의 응동영역내에서 상기 지상자와 응동하여 전자유도결합신호를 유기하는 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일을 갖는 차상자와, 상기 몰딩부의 일측 판면에 결합되는 하부함체와 상기 하부함체와 협조하여 밀폐공간을 형성하는 상부함체와 상기 상부함체의 외부로 노출되도록 상기 상부함체에 장착되는 외부연결구를 갖는 연결함체와, PCB상에 제작되고 상기 상부함체 및 하부함체가 형성하는 밀폐공간에 설치되고 상기 외부연결구를 통해 상기 주파수검출기 및 상기 전원공급부에 각각 연결되며 소정의 상시발진주파수와 상기 유도결합신호의 주파수로 발진하도록 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일에 연결되는 발진회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차제어시스템용 차상발진모듈에 의해 달성된다.
여기서 상기 다른 목적을 달성하기 위해서, 상기 몰딩부를 폭방향을 따라 코일설치영역과 연결함체설치영역으로 구획하고, 상기 1차 차상자코일과 2차 차상자코일을 상기 코일설치영역에 상기 코일설치영역과 연결함체설치영역의 구획방향에 가로로 부분적으로 중첩하도록 상기 몰딩부에 매설하고; 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일의 배치방향을 따라 상기 몰딩부의 판면에 면접촉하도록 설치되는 자속경로판과, 상기 자속경로판을 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일에 대하여 상기 몰딩부의 판면을 따라 상대 이동시키는 경로이동부를 갖는 결합도조절부를 더 포함하도록 구성할 수 있다.
그리고 상기 경로이동부는 상기 몰딩부의 자속경로판대응영역에 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일의 배치방향에 가로로 배치되도록 형성된 한 쌍의 고정공과, 상기 자속경로판의 고정공대응영역에 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일의 배치방향으로 연장되어 형성된 한 쌍의 안내장공과, 상기 각 고정공 및 대응하는 안내장공에 상기 몰딩부의 두께방향을 따라 삽입되고 일측 연부에 나사산이 형성되어 있는 한 쌍의 이동봉과, 상기 고정공 및 대응하는 안내장공에 삽입된 각 이동봉을 나사결합방식으로 상기 몰딩부에 고정시키는 고정너트를 포함하도록 구성할 수 있다.
또한, 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일의 지상자코일에 대한 응동영역을 증대시킬 수 있도록, 상기 몰딩부를 장방형상으로 형성하고, 상기 코일설치영역과 연결함체설치영역을 장방형상으로 구획하며, 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일을 상기 코일설치영역의 연부를 따라 상기 몰딩부에 매설될 수 있는 있는 폭을 갖는 장방형상으로 형성할 수 있다.
이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈이 적용되는 열차제어시스템의 기능별 블럭도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈의 사시도이며, 도3은 본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈의 횡단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈이 적용되는 열차제어시스템은, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 차상장치부(20) 중 차상발진모듈(30)과 연결함체(50)를 제외하고 도4에 도시된 종래의 열차제어시스템과 동일한 구성을 갖는다. 이하, 설명의 편의를 위해, 도4에 도시된 종래의 열차제어시스템과 동일한 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일명칭 및 동일부호를 사용하고 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈이 적용되는 열차제어시스템의 차상장치부(20)는 열차의 저면 지상자코일(미도시)의 대향영역에 설치되어 지상자코일과 응동 즉, 전자유도결합하고 유도된 신호를 발진시키는 차상발진모듈(30)을 갖고 있다.
차상발진모듈(30)은, 도2 및 3에 도시된 바와 같이, 열차가 지상자코일(미도시)이 설치된 영역을 통과할 때 지상자(11)와 전자유도결합 작용을 하는 차상자(40)와, 소정의 주파수로 상시 발진함과 동시에 열차가 지상자(13)를 통과할 때 지상자(13)의 공진주파수로 발진하는 발진회로(27)가 구현된 발진회로PCB(56)와, 발진회로PCB(56)를 수용하는 연결함체(50)를 갖고 있다.
차상자(40)는 장방형상의 판상으로 제작되는 몰딩부(41)와 몰딩부(41)에 매설되는 장방형상의 1차 차상자코일(48a) 및 2차차상자코일(48b)을 갖고 있다. 여기서 1차 차상자코일(48a) 및 2차 차상자코일(48b)은 후술하는 코일설치영역(41b)의 연부를 따라 몰딩부(41)에 매설될 수 있는 있는 폭을 갖도록 형성되어 있다. 이러한 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)은 에나멜 또는 PVC로 코팅된 구리선을 원형단면 또는 사각단면형상으로 제작하고, 직경은 0.7mm정도, 권선수는 30회 정도, 중첩폭은 70mm정도로 하여 본 발명을 실시할 수 있다.
몰딩부(41)는 폭방향을 따라 장방형상의 코일설치영역(41b)과 연결함체설치영역(41a)으로 구획되어 있다. 몰딩부(41)의 코일설치영역(41b)에는, 도3에 도시된 바와 같이, 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48a)이 코일설치영역(41b)과 연결함체설치영역(41a)의 구획방향에 가로로 부분적으로 중첩하도록 매설되어 있고, 연결함체설치영역(41a)에는 연결함체(50)가 설치된다. 이러한 몰딩부(41)는 포리에스텔수지로 제작할 수 있다.
그리고 몰딩부(41)에는 한 쌍의 고정공(미도시)이 1차 차상자코일(48a) 및 2차 차상자코일(48b)의 배치방향에 가로로 배치되도록 형성되어 있다. 이러한 몰딩부(141)는 4개의 결합공(47)을 통해 열차의 저면에 고정된다.
그리고 차상자(40)는 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)사이의 결합도를 조절하기 위한 결합도조절부(70)를 갖고 있다.
결합도조절부(70)는 몰딩부(41) 상면의 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)이 중첩하는 영역에 면접촉하도록 설치된 자속경로판(73)을 갖고 있다. 자속경로판(73)의 고정공대응영역에는 한 쌍의 안내장공(75)이 1차 차상자코일(48a) 및 2차 차상자코일(48b)의 배치방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 이러한 자속경로판(73)은 철 등 강자성체 재질을 사용하여 제작할 수 있다.
각 고정공 및 대응하는 안내장공(75)에는 일측 연부에 나사산이 형성되어 있는 이동봉(76)이 몰딩부(41)의 두께방향을 따라 삽입되어 있고, 이동봉(76)의 나사산에는 자속경로판(73)을 몰딩부(41)에 고정시키기 위한 고정너트(79)가 나사결합되어 있다.
몰딩부(41)에 형성된 고정공, 자속경로판(73)에 형성된 안내장공(75), 이동봉(76) 및 고정너트(79)는 자속경로판(73)을 1차 차상자코일(48a) 및 2차 차상자코일(48b)에 대하여 상대 이동시키는 경로이동부를 구성한다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 연결함체(50)는, 몰딩부(41)의 상측 판면에 결합되는 하부함체(59)와, 하부함체(59)와 협조하여 밀폐공간을 형성하는 상부함체(51)를 갖고 있다. 상부함체(51)에는 외부연결구(53)가 외부로 노출되도록 장착되어 있고, 상부함체(51) 및 하부함체(59)가 형성하는 밀폐공간의 일 측에는 발진회로PCB(56)와 나란히 단자판(57)이 설치되어 있다. 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)은 단자판(57)과 발진회로PCB(56)상의 배선회로를 통해 발진회로(27)에 연결되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발진회로(27)는 종래와 동일한 기능을 가지고, 발진회로PCB(56)상에 가능한 소형소자를 사용하여 구현하는 것이 바람직하다. 예를 들면 발진회로의 증폭회로는 연산증폭기를 2단으로 설치하여 구현할 수 있다.
발진회로PCB(56)는 상부함체(51) 및 하부함체(59)가 형성하는 밀폐공간에 수용되어 있다. 그리고 발진회로(27)는 외부연결구(53)를 통해 주파수검출기(25) 및 전원공급부(23)에 각각 연결되어 있다. 발진회로(27)와 주파수검출기(25)사이 및 발진회로(27)와 전원공급부(23)사이는 2개씩 꼬아진 4개의 전선과 차폐선을 갖는 하나의 케이블을 사용하여 연결할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈이 적용되는 열차제어시스템을 사용하여 열차의 주행제어를 실시하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 지상자장치부(10)와 차상자장치부(20)를 열차에 설치한다. 이 때 차상자장치부(20)의 차상발진모듈(30)은 열차 차체의 하방 중심에서 주행방향을 향하여 좌측 300mm의 위치에 1차 차상자코일(41a) 및 2차 차상자코일(41b)의 중심이 위치하도록 설치한다.
다음에 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)사이의 결합도를 다음과 같은 방법으로 조절한다.
먼저 고정너트(79)를 이동봉(76)으로부터 분해한다.
다음에 조절하고자 하는 결합도의 크기에 따라 자속경로판(73)을 몰딩부(41)의 판면을 따라 안내장공(75)의 형성방향으로 이동시킨다. 여기서 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)의 결합도를 상향 조절하고자 할 때에는 자속경로판(73)을 1차 차상자코일(48a) 및 2차 차상자코일(48b)의 중첩영역을 향하여 이동 배치시키고, 결합도를 하향 조절하고자 할 때에는 1차 차상자코일(48a) 및 2차 차상자코일(48b)의 중첩영역으로부터 멀어지는 방향으로 이동 배치시킨다.
마지막으로 이동된 이동봉(76)에 고정너트(79)를 결합하여 조임으로써, 이동된 자속경로판(73)이 몰딩부(41)에 고정되고 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)사이의 결합도 조절이 완료된다.
다음 지상자계전기(13)의 온오프제어, 지상자(11)에서의 공진과 차상자(40)의 차상자코일(48a, 48b)에서의 전압 유도는 종래와 동일한 방법으로 이루어진다.
다음 차상자코일(48a, 48b)에서 유도된 신호는 케이블을 경유하지 않고 직접 발진회로(27)에 인가되고 발진회로(27)는 상시발진주파수를 갖는 신호를 발진함과 동시에 지상자(11)의 공진주파수를 갖는 신호를 발진하게 된다.
다음에 발진회로(27)에서 발진한 공진주파수발진신호는 케이블을 통해 주파수검출기(25)에 제공되고, 주파수검출기(25)는 주파수검출을 시행하여 검출주파수정보는 주파수검출기(25)와 지시속도판별부(62)사이에 연결된 케이블을 통해 열차속도제어부(60)로 전달된다.
이하의 과정은 종래의 경우와 동일하게 진행되므로 설명을 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈에 의하면 발진회로(27)와 차상자(40)를 일체화하여 차상발진모듈(30)을 구성하여 차상자코일(48)과 발진회로(27)사이를 별도의 케이블을 사용하지 않고 직접 연결시킴으로써, 차상자(40)와 발진회로(27)사이를 연결하는 케이블의 인덕턴스(상호 인덕턴스 포함) 및 케이블 상호간의 정전용량이 발진회로의 동작에 미치는 영향이 줄어 들어 발진신호의 왜곡(케이블의 인덕턴스와 정전용량의 온도변화에 따른 발진신호의 왜곡 포함)이 감소된다. 이에 따라 상위제어부로부터의 지시속도값을 나타내는 발진주파수성분을 정확하게 필터링할 수 있게 되어 열차의 안전운행을 확보할 수 있다.
그리고 자속경로부를 하나의 판상으로 형성하고 몰딩부(41)의 판면을 따라 이동시켜 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)의 결합도를 조절함으로써, 결합도 조절범위가 증대되고, 차상발진모듈(30)의 설치공간이 줄어들며, 결합도조절을 용이하게 실시할 수 있다.
또한 몰딩부(41)의 코일설치영역(41b)을 장방형으로 형성하고 1차 차상자코일(48a) 및 2차 차상자코일(48b)을 코일설치영역(41b)과 거의 같은 폭을 갖는 장방형상으로 형성함으로써, 지상자코일에 대한 응동영역이 증대된다.
상술한 실시예에서는 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)을 장방형상으로 형성하고 몰딩부(41)를 장방형 형상으로 형성하고 있으나, 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)을 원형으로 형성하거나 몰딩부(41)를 임의의 다른 형상으로 형성하여 본 발명을 실시할 수 있다.
그리고 상술한 실시예에서는 1차 차상자코일(48a)과 2차 차상자코일(48b)을 단자판(57)과 발진회로PCB(56)상의 배선회로를 통해 발진회로(27)에 연결하고 있으나, 단자판(57)을 생략하고 직접 발진회로PCB(56)상의 배선회로를 통해 발진회로(27)에 연결하여 본 발명을 실시할 수 있음은 물론이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 1차 차상자코일과 발진회로사이 및 2차 차상자코일과 발진회로사이를 별도의 케이블을 사용하지 않고 연결시킴으로써, 이들 연결케이블의 인덕턴스(상호 인덕턴스 포함) 및 케이블 상호간의 정전용량에 따른 발진신호의 왜곡(이들 연결케이블의 인덕턴스와 정전용량의 온도변화에 따른 발진신호의 왜곡 포함)을 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라 상위제어부로부터의 지시속도값을 나타내는 발진주파수성분을 정확하게 필터링할 수 있게 되어 열차의 안전운행을 확보할 수 있게 된다.
그리고 자속경로부를 판상으로 형성하고 몰딩부의 판면을 따라 이동시켜 1차 차상자코일과 2차 차상자코일사이의 결합도를 조절함으로써, 결합도 조절범위를 증대시킬 수 있고, 차상자의 설치공간을 줄일 수 있으며, 간단한 조작으로 결합도를 조절할 수 있게 된다.
또한 몰딩부의 코일설치영역을 장방형으로 형성하고 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일을 코일설치영역과 거의 같은 폭을 갖는 장방형상으로 형성함으로써, 지상자코일에 대한 응동영역을 증대시킬 수 있게 된다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈이 적용되는 열차제어시스템의 기능별 블럭도,
도2는 본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈의 사시도,
도3은 본 발명의 실시예에 따른 열차제어시스템용 차상발진모듈의 횡단면도,
도4는 종래의 열차제어시스템의 기능별 블럭도,
도5는 도4의 차상자(240)의 사시도,
도6은 도4의 차상자(240)의 횡단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 지상장치부 11 : 지상자
13 : 지상자계전기 15 : 지시속도제어부
20 : 차상장치부 21 : 속도검출기
23 : 주파수검출기 27, 227 : 발진회로
30 : 차상발진모듈 40, 240 : 차상자
50 : 연결함체 60 : 열차속도제어부
70, 270 : 결합도조절부 48, 248 : 차상자코일

Claims (4)

  1. 소정의 열차구동부를 갖는 열차의 주행경로를 제공하는 열차선로사이에 길이방향을 따라 분리 설치되고 각각 지상자코일과 상기 지상자코일과 각각 병렬로 연결된 다수의 지상자콘덴서를 갖는 지상자와, 상기 각 지상자의 지상자콘덴서들과 지상자코일사이에 개재하는 지상자계전기와, 소정의 지시속도값에 대응하는 지시속도주파수로 상기 지상자가 병렬 공진하도록 상기 지상자계전기의 온오프를 제어하는 지시속도제어부와, 다수의 대역통과필터를 가지고 외부로부터 입력되는 신호의 주파수를 검출하는 주파수검출기와, 상기 열차의 차륜에 부착되어 상기 열차의 주행속도를 검출하는 속도검출기와, 상기 주파수검출기에서의 검출주파수 및 상기 속도검출기의 검출속도에 기초하여 상기 열차구동부의 동작을 제어하는 열차속도제어부를 포함하는 열차제어시스템용 차상발진모듈에 있어서,
    상기 열차제어시스템이 설치된 열차가 상기 지상자를 통과할 때 상기 지상자의 응동영역내에 위치하도록 열차의 저면에 설치되고;
    판상의 몰딩부와 상기 몰딩부에 소정의 결합도를 갖도록 매설되고 상기 지상자의 응동영역내에서 상기 지상자와 응동하여 전자유도결합신호를 유기하는 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일을 갖는 차상자와, 상기 몰딩부의 일측 판면에 결합되는 하부함체와 상기 하부함체와 협조하여 밀폐공간을 형성하는 상부함체와 상기 상부함체의 외부로 노출되도록 상기 상부함체에 장착되는 외부연결구를 갖는 연결함체와, PCB상에 제작되고 상기 상부함체 및 하부함체가 형성하는 밀폐공간에 설치되고 상기 외부연결구를 통해 상기 주파수검출기 및 상기 전원공급부에 각각 연결되며 소정의 상시발진주파수와 상기 유도결합신호의 주파수로 발진하도록 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일에 연결되는 발진회로를 포함하며,
    상기 몰딩부는 폭방향을 따라 코일설치영역과 연결함체설치영역으로 구획되고, 상기 1차 차상자코일과 2차 차상자코일은 상기 코일설치영역에 상기 코일설치영역과 연결함체설치영역의 구획방향에 가로로 부분적으로 중첩하도록 상기 몰딩부에 매설되고;
    상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일의 배치방향을 따라 상기 몰딩부의 판면에 면접촉하도록 설치되는 자속경로판과, 상기 자속경로판을 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일에 대하여 상기 몰딩부의 판면을 따라 상대 이동시키는 경로이동부를 갖는 결합도조절부를 더 포함하고,
    상기 경로이동부는 상기 몰딩부의 자속경로판대응영역에 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일의 배치방향에 가로로 배치되도록 형성된 한 쌍의 고정공과, 상기 자속경로판의 고정공대응영역에 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일의 배치방향으로 연장되어 형성된 한 쌍의 안내장공과, 상기 각 고정공 및 대응하는 안내장공에 상기 몰딩부의 두께방향을 따라 삽입되고 일측 연부에 나사산이 형성되어 있는 한 쌍의 이동봉과, 상기 고정공 및 대응하는 안내장공에 삽입된 각 이동봉을 나사결합방식으로 상기 몰딩부에 고정시키는 고정너트를 포함하며,
    상기 몰딩부는 장방형상으로 형성되고, 상기 코일설치영역과 연결함체설치영역은 장방형상으로 구획되며, 상기 1차 차상자코일 및 2차 차상자코일은 상기 코일설치영역의 연부를 따라 상기 몰딩부에 매설될 수 있는 있는 폭을 갖는 장방형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열차제어시스템용 차상발진모듈.
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