KR101024706B1 - 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템 - Google Patents

자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템 Download PDF

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안영훈
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Abstract

본 발명은 주행레일을 운행하는 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 주행레일을 운행하는 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템에 있어서, 운행부를 통해 무인으로 운행되는 차량본체와, 상기 차량본체의 하부영역에 구비되어 상기 주행레일의 파워레일과 접촉되며 전원을 공급받는 집전슈와, 상기 집전슈의 일측에 구비되어 상기 집전슈와 상기 파워레일 간의 접촉가압력을 측정하는 압력센서와, 유압에 의해 상기 파워레일에 접촉되는 상기 집전슈의 접촉가압력을 조절하는 압력조절부와, 상기 압력센서를 통해 측정된 접촉가압력을 수신받아 상기 차량본체의 운행궤적에 따른 접촉가압력 패턴을 분석하고, 접촉가압력의 측정값이 허용범위 이내일 경우 접촉가압력이 기준범위 이내가 되도록 상기 압력조절부를 제어하고, 접촉가압력의 측정값이 허용범위를 초과할 경우 상기 차량본체가 정차하도록 상기 운행부를 제어하는 제어부 및 상기 집전슈의 일측에는 상기 집전슈의 마모상태와 가압력 상태를 촬영하는 촬영카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템{PANTOGRAPH MONITORING SYSTEM OF MAGNETIC LEVITATION TRAIN}
본 발명은 집전부 모니터링 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템에 관한 것이다.
집전장치는 고가궤도를 운행하는 열차에 주전원을 집전하는 장치이다. 일반적으로 노면궤도를 운행하는 전차는 지붕을 통해 전원을 인가받아 운행된다. 이는 전차로 전원을 공급하는 전원선이 지상의 여러 가지 안전을 위해 노면이 아닌 공중에 매달려 있는 구조이기 때문이다.
반면, 자기부상열차의 경우 주행되는 궤도 자체가 공중에 위치하고 있어 전원 공급선이 궤도 위쪽이 아닌 측면에 위치하고 있다.
이 때, 전원을 집전하기 위한 자기부상열차의 집전슈와 전원선은 일정한 가압력으로 접촉되도록 밀착된 상태를 유지한다. 이에 따라 집전슈는 장시간 사용으로 마모가 발생되어 자주 교체를 해야 한다.
그런데, 자기부상열차는 무인운행되기 때문에 집전슈의 교체시기를 놓칠 경우 자기부상열차가 궤도를 이탈하는 큰 사고를 초래할 위험이 있다.
따라서, 집전슈의 가압력과 마모정도를 주기적으로 모니터링해야할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 집전슈의 마모정도와 가압력을 모니터링하여 가압력과 운행여부를 제어할 수 있는 집전부 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 가압력을 연속적으로 측정한 후, 측정데이타를 저장하여 주행궤도에 따른 마모여부를 분석하여 추후 자기부상열차의 운행에 이용할 수 있는 집전부 모니터링 세스템을 제공하는 것이다.
또한, 가압력의 측정결과에 따라 집전슈의 가압력을 강제적으로 조절하여 일정한 압력으로 운행될 수 있도록 하는 집전부 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 주행레일을 운행하는 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 집전부 모니터링 시스템은, 주행레일을 운행하는 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템에 있어서, 운행부를 통해 무인으로 운행되는 차량본체와, 상기 차량본체의 하부영역에 구비되어 상기 주행레일의 파워레일과 접촉되며 전원을 공급받는 집전슈와, 상기 집전슈의 일측에 구비되어 상기 집전슈와 상기 파워레일 간의 접촉가압력을 측정하는 압력센서와, 유압에 의해 상기 파워레일에 접촉되는 상기 집전슈의 접촉가압력을 조절하는 압력조절부와, 상기 압력센서를 통해 측정된 접촉가압력을 수신받아 상기 차량본체의 운행궤적에 따른 접촉가압력 패턴을 분석하고, 접촉가압력의 측정값이 허용범위 이내일 경우 접촉가압력이 기준범위 이내가 되도록 상기 압력조절부를 제어하고, 접촉가압력의 측정값이 허용범위를 초과할 경우 상기 차량본체가 정차하도록 상기 운행부를 제어하는 제어부 및 상기 집전슈의 일측에는 상기 집전슈의 마모상태와 가압력 상태를 촬영하는 촬영카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따른 자기부상열차 집전부 모니터링 시스템은 무인시스템으로 운행되는 자기부상열차에서 전원공급을 담당하는 집전슈와 파워레일의 접촉상태를 실시간으로 연속적으로 감시하여 최적의 상태로 유지될 수 있도록 관리할 수 있다.
또한, 압력조절부를 통해 집전슈의 마모정도에 따라 가압력을 조절하여 운행궤도에 따라 능동적으로 대응할 수 있다.
또한, 집전슈의 가압력이 기준범위를 초과하여 위험하다고 판단된 경우 열차의 운행을 중단시켜 사고발생을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템의 압력조절부의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 4는 본 발명의 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템의 동작과정을 도시한 흐름도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도1은 본 발명에 따른 자기부상열차 집전부 모니터링 시스템(1)의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도2는 본 발명에 따른 자기부상열차 집전부 모니터링 시스템(1)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자기부상열차 집전부 모니터링 시스템(1)은 집전슈(133)를 갖는 자기부상열차(100)와, 자기부상열차(100)가 운행되는 주행레일(200)과, 자기부상열차(100)의 집전슈(133)의 접촉가압력에 따라 운행을 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
자기부상열차(100)는 주행레일(200)에 구비된 리니어모터(미도시)에 의해 구동되며, 자력의 흡입력 또는 반발력에 의해 주행레일(200) 상을 부상하여 주행하게 된다. 자기부상열차(100)는 자기부상방식에 의해 주행레일(200)을 따라 주행한다. 자기부상열차(100)는 무인시스템 방식으로 운행부(120)가 제어부(400)의 제어에 의해 자동으로 주행한다.
자기부상열차(100)는 주행레일(200)을 따라 이동되는 차량본체(110)와, 차량본체(110)의 내부에 구비되며 제어부(400)의 제어에 따라 차량본체(110)를 운행시키는 운행부(120)와, 차량본체(110)의 하부영역에 구비되어 주행레일(200)의 파워레일(210)과 전기적으로 집전되는 집전부(130)와, 차량본체(110)의 하부영역에 구비되어 집전부(130)의 집전상태를 촬영하는 감시카메라(140)와, 집전부(130) 내부에 설치되어 집전슈(133)와 파워레일(210)의 접촉압력을 측정하는 압력센서(150)와, 압력센서(150)의 측정결과에 따라 집전슈(133)의 가압력을 조절하는 압력조절부(160)를 포함한다.
차량본체(110)는 운행부(120)의 운행제어에 따라 주행레일(200)을 따라 이동된다. 차량본체(110)는 안전을 위해 도1에 도시된 바와 같이 안전펜스(500) 내부를 따라 이동된다.
운행부(120)는 차량본체(110)가 주행레일(200)을 따라 주행되도록 제어한다. 운행부(120)는 제어부(400)의 제어에 따라 운행속도, 정차, 발진 등을 조절한다. 또한, 운행부(120)는 제어부(400)의 분석결과, 집전슈(133)의 마모 정도가 심하여 파워레일(210)과의 접촉가압력이 허용범위를 초과하는 경우, 제어부(400)의 제어에 따라 차량본체(110)가 정차하도록 한다.
집전부(130)는 파워레일(210)과 접촉되어 주전원을 공급받는다. 집전부(130)는 파워레일(210)과 기준압력 이상으로 접촉된 상태를 유지한다. 집전부(130)는 파워레일(210)과 접촉하는 집전슈(133)와, 집전슈(133)가 파워레일(210)과 접촉된 상태를 유지하도록 지지하는 슈지지암(131)을 포함한다.
감시카메라(140)는 집전슈(133)와 파워레일(210)의 접촉상태를 촬영하여 실시간으로 집전슈(133)의 상태를 제어부(400)에서 파악할 수 있도록 한다. 감시카메라(140)는 집전슈(133)의 현재 상태를 촬영하여 집전슈(133)의 마모상태와 파워레일(210)과의 접촉상태를 전송한다. 감시카메라(140)는 차량본체(110)의 운행에 따라 운행궤도에 따른 집전슈(133)의 접촉상태를 연속적으로 촬영하여 제어부(400)에서 집전슈(133)의 접촉상태 패턴을 인식할 수 있도록 한다. 감시카메라(140)에서 촬영된 집전슈(133)의 영상은 제어부(400)로 전송되어 저장부(300)에 저장된다.
압력센서(150)는 집전슈(133)의 일측에 구비되어 집전슈(133)가 파워레일(210)을 가압하는 가압력을 측정하여 제어부(400)로 전송한다. 압력센서(150)는 주행구간을 따라 집전슈(133)의 접촉가압력을 연속적으로 측정하고, 제어부(400)를 이러한 측정데이타를 기초로 집전슈(133)의 접촉가압력 패턴을 파악할 수 있다.
압력조절부(160)는 집전슈(133)와 슈지지암(131) 사이에 구비되어 집전슈(133)가 파워레일(210)을 가압하는 가압력을 조절한다.
도3은 본 발명에 따른 압력조절부(160)의 일실시예를 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이 압력조절부(160)는 집전슈(133)를 접촉가압하는 가압부재(161)와, 가압부재(161)를 탄성적으로 지지하는 탄성부재(163)와, 유압에 의해 탄성부재(163)가 가압부재(161)를 가압하는 가압력을 조절하는 유압조절부(165)를 포함한다. 유압조절부(165)는 작동유체가 유동하는 유압실린더(165b)와, 유압실린더(165b) 내부를 승강하며 탄성부재(163)를 가압하는 승강바(165a)를 포함한다.
압력조절부(160)는 제어부(400)의 제어에 따라 유압실린더(165b)와 연결된 유압구동부(미도시)로부터 작동유체가 인입 또는 인출되어 탄성부재(163)에 대한 가압력을 조절한다. 이러한 가압력의 조절에 의해 집전슈(133)까 파워레일(210)을 가압하는 가압력을 가감하여 기준범위로 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 압력조절부(160)는 유압과 탄성부재의 탄성력에 의해 가압력을 조절하고 있으나, 경우에 따라 유압으로만 조절되거나, 탄성력에 의해서만 조절될 수도 있다.
주행레일(200)은 자기부상열차(100)가 주행하는 궤도를 형성한다. 주행레일(200) 상에는 리니어모터(미도시)와 같이 구동력을 발생하는 구동수단이 구비되어 차량본체(110)가 부상된 상태로 이동될 수 있도록 한다.
주행레일(200)의 하부영역 또는 측면에는 차량본체(110)로 주전원을 공급하기 위한 파워레일(210)이 구비된다. 파워레일(210)은 집전슈(133)와 일단부가 접촉된 상태를 유지하며 집전슈(133)로 전원을 공급한다. 파워레일(210)은 도체 레일로 구비된다.
주행레일(200)과 파워레일(210)의 형상은 자기부상열차(100)의 형상과 구동방식에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
저장부(300)는 감시카메라(140)에서 촬영된 영상데이타와 압력센서(150)에서 측정된 가압력 데이터가 저장된다.
여기서, 감시카메라(140) 및 압력센서(150)와 저장부(300) 또는 제어부(400)와의 통신은 RFID와 같은 근거리 무선통신 또는 전용통신라인 또는 인터넷 등을 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(400)는 저장부(300)에 저장된 영상데이타와 가압력 데이터를 분석하여 자기부상열차(100)의 주행 중 가압력패턴을 분석하여 자기부상열차(100)의 운행안정성을 판단한다. 제어부(400)는 가압력패턴 분석결과 각 운행구간에서의 실제 가압력을 기준가압력과 비교하여 허용범위 이내일 경우 압력조절부(160)를 통해 실제가압력이 기준가압력과 유사해지도록 제어한다.
반면, 제어부(400)는 실제 가압력이 기준가압력과 비교하여 허용범위를 초과할 경우, 즉, 집전슈(133)의 마모가 심하여 기준범위 이내의 압력으로 파워레일(210)을 접촉하지 못한다고 판단한 경우 운행부(120)를 제어하여 차량본체(110)가 즉시 정차하도록 제어한다.
이에 의해 집전슈(133)의 마모로 인한 전력공급중단으로 자기부상열차(100)가 주행레일(200)로부터 이탈하여 대형사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 제어부(400)는 저장부(300)에 저장된 영상데이타와 가압력 데이터를 일정 기간동안 분석하여 각 운행구간의 형상에 따른 집전슈(133)의 마모률 등을 분석하여 집전슈(133)의 교체기간 및 수리기간을 미리 예상할 수 있다. 이에 따라 보다 안정적으로 자기부상열차(100)가 운행될 수 있도록 한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 자기부상열차 집전부 모니터링 시스템(1)의 동작과정을 도1 내지 도4를 참조로 설명한다.
운행부(120)가 제어부(400)의 제어에 의해 운행을 시작하면, 감시카메라(140)는 집전슈(133)와 파워레일(210)의 접촉영역을 촬영하여 제어부(400)로 전송한다. 또한, 압력센서(150)는 집전슈(133)와 파워레일(210)의 접촉가압력을 측정하여 제어부(400)로 전송한다(S110). 즉, 압력센서(150)와 감시카메라(140)는 운행구간에 따른 집전슈(133)의 가압력과 마모정도를 제어부(400)로 전송한다.
제어부(400)는 수신된 영상데이타와 가압력 데이터를 기초로 운행궤도에 따른 집전슈(133)의 가압력 패턴을 분석한다(S120). 분석결과 가압력이 허용범위 이내인 경우 압력조절부(160)가 집전슈(133)의 가압력을 기준가압력으로 조절하도록 제어한다(S150). 제어부(400)는 각 구간에 따라 압력조절부(160)가 적절하게 조절하도록 제어신호를 전송한다.
반면, 제어부(400)는 가압력이 허용범위를 초과하여 집전슈(133)와 파워레일(210)의 접촉상태가 위험하다고 판단할 경우, 운행부(120)를 제어하여 차량본체(110)가 즉시 정차하도록 제어한다. 이에 의해 불시에 발생할 수 있는 자기부상열차(100)의 궤도 이탈 사고를 방지할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 자기부상열차 집전부 모니터링 시스템은 무인시스템으로 운행되는 자기부상열차에서 전원공급을 담당하는 집전슈와 파워레일의 접촉상태를 실시간으로 연속적으로 감시하여 최적의 상태로 유지될 수 있도록 관리할 수 있다.
또한, 압력조절부를 통해 집전슈의 마모정도에 따라 가압력을 조절하여 운행궤도에 따라 능동적으로 대응할 수 있다.
또한, 집전슈의 가압력이 기준범위를 초과하여 위험하다고 판단된 경우 열차의 운행을 중단시켜 사고발생을 미연에 방지할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 자기부상열차 집전부 모니터링 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 자기부상열차 집전부 모니터링 시스템 100 : 자기부상열차
110 : 차량본체 120 : 운행부
130 : 집전부 131 : 슈지지암
133 : 집전슈 140 : 감시카메라
150 : 압력센서 160 : 압력조절부
161 : 가압부재 163 : 탄성부재
165 : 유압조절부 165a : 승강바
165b : 유압실린더 200 : 주행레일
210 : 파워레일 300 : 저장부
400 : 제어부 500 : 안전펜스

Claims (5)

  1. 주행레일을 운행하는 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템에 있어서,
    운행부를 통해 무인으로 운행되는 차량본체와;
    상기 차량본체의 하부영역에 구비되어 상기 주행레일의 파워레일과 접촉되며 전원을 공급받는 집전슈와;
    상기 집전슈의 일측에 구비되어 상기 집전슈와 상기 파워레일 간의 접촉가압력을 측정하는 압력센서와;
    유압에 의해 상기 파워레일에 접촉되는 상기 집전슈의 접촉가압력을 조절하는 압력조절부와;
    상기 압력센서를 통해 측정된 접촉가압력을 수신받아 상기 차량본체의 운행궤적에 따른 접촉가압력 패턴을 분석하고, 접촉가압력의 측정값이 허용범위 이내일 경우 접촉가압력이 기준범위 이내가 되도록 상기 압력조절부를 제어하고, 접촉가압력의 측정값이 허용범위를 초과할 경우 상기 차량본체가 정차하도록 상기 운행부를 제어하는 제어부; 및
    상기 집전슈의 일측에는 상기 집전슈의 마모상태와 가압력 상태를 촬영하는 촬영카메라;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기부상열차의 집전부 모니터링 시스템.
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