KR101169341B1 - 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템에 관한 것으로; 가선에 의해 판토그라프의 팬해드에 가해지는 압력 값을 측정하기 위해 상기 팬해드의 좌측 및 우측에 각각 설치되는 제1 및 제2압력감지수단과, 상기 제1 및 제2압력감지수단을 통해 감지되는 압력 값을 입력받는 데이터 전송수단과, 상기 데이터 전송수단에 입력된 제1 및 제2압력감지수단의 압력 값을 이용해 편위량을 연산하는 전기철도차량내 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 가선이 집전판의 제한된 범위에서 급전이 이루어지고 있는지를 모니터링하여 전기철도차량이 안정적으로 급전이 이루어지는 지를 지속적으로 확인할 수 있고, 가선의 상대적인 편위량이 설정된 한계 편위량 보다 큰 경우 이상이 발생한 것으로 판단하여 알람(alarm) 등과 같은 경고음을 출력하여 운전자가 대처하게 함으로써 전기철도차량의 안전 운전에도 유익한 효과가 있다.

Description

판토그라프의 가선 편위 측정 시스템 {catenary's declination measuring apparatus on pantograph}

본 발명은 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 전기철도차량의 판토그라프가 가선에서 전력을 공급받는 경우 제한된 범위에서 급전이 이루어지는지를 모니터링하여 위치를 벗어나는 경우 운전자에게 통보하여 주는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템에 관한 것이다.

최근 자동차의 급격한 증가와 도로 교통의 정체 등 타 육상교통 수단이 한계에 이르면서, 전기철도에 대한 수요가 나날이 증가하고 확장되는 추세이다.

한편, 전기철도에 대한 수요 증가로 인한 공급이 확대됨에 따라 대량 대중교통 수단으로서 전기철도의 안전성과 신뢰성에 대한 확보가 더 절실히 요구되고 있다.

이와 같은 전기철도의 차량의 상부에는 차량의 운행 동력으로서 필요한 교류 25,000V 또는 직류 1,500V의 전기에너지를 선로를 따라 설치된 가선(혹은, '트롤리선' 이라고 함)으로부터 전기에너지를 공급받아 그 운행 및 제어에 사용하고 있으며, 이를 위해 전기에너지를 집전할 수 있는 판토그라프(pantograph)를 그 상부에 장치하여 사용하고 있다.

도 1에 도시된 바에 의하면 판토그라프(10)는 애자(15)에 의해 절연을 유지하면서 전기철도차량의 상부에 장치되는 베이스 프레임(11)과, 상기 베이스 프레임(11)에 일단이 힌지 결합된 하부 프레임(12)과, 상기 하부 프레임(12)과 탄성 결합되되 상단에 가선이 접촉되는 집전판(14)이 구비되는 팬해드가 장착된 상부 프레임(13) 등을 포함하여 구성된다.

이와 같은 판토그라프(10)는 전기철도차량의 주행시 판토그라프(10)는 가선의 정 중앙에 위치하여 원할하게 전력을 공급받아야 하지만, 팬해드 집전판(14)의 마모 저감 및 유지보수의 효율성 유지를 위해 가선이 지그재그로 건설되어 판토그라프(10)와 가선은 일정한 범위 안에서 위치하여 안전하게 운행된다.

그러나, 선로의 곡선부나 신규 노선의 경우 가선이 집전판(14) 중앙 부위에 위치하지 않아 사고의 위험이 있고, 차량의 틸팅 등으로 인한 판토그라프의 유동이 많아지는 경우 그 위험성이 더욱 증대되므로, 판토그라프(10)의 제한된 범위에서 급전이 안정적으로 이루어지고 있는지를 모니터링할 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 판토그라프를 통해 가선에 전력을 공급받는 경우 가선이 팬해드의 제한된 범위에 위치하는지를 모니터링하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템을 제공하는데 있다.

특히, 본 발명은 판토그라프를 통해 집전시에 가선이 정 중앙에 위치하여 원할한 전력을 공급받는지를 모니터링하여 위치를 벗어나는 경우 경고음을 통해 운전자에게 통보하여 전기철도차량을 안전하게 운전할 수 있도록 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

가선에 의해 판토그라프의 팬해드에 가해지는 압력 값을 측정하기 위해 상기 팬해드의 좌측 및 우측에 각각 설치되는 제1 및 제2압력감지수단과, 상기 제1 및 제2압력감지수단을 통해 감지되는 압력 값을 입력받는 데이터 전송수단과, 상기 데이터 전송수단에 입력된 제1 및 제2압력감지수단의 압력 값을 이용해 편위량을 연산하는 전기철도차량내 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템을 제공한다.

이때, 상기 판토그라프는 전기철도차량의 상부에 고정되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임의 상부에 상하로 틸팅이 가능하게 구비되는 절첩프레임과, 상기 절첩프레임의 상부에 가선과 접촉되어 전기에너지를 집전하는 팬해드로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 팬해드는 절첩프레임의 상부에 고정되는 크로스 바와, 그 크로스 바의 상측에 구비되어 가선이 접촉되는 하나 이상의 집전판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 베이스프레임은 전기철도차량의 상부에 고정시에 절연상태를 확보하기 위해 애자를 베이스프레임과 전기철도차량의 사이에 고정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1 및 제2압력감지수단은 압력센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 데이터 전송수단은, 상기 제1 및 제2압력감지수단을 통해 입력되는 압력 값을 처리가능한 디지털화된 데이터로 변환하는 입력처리부와, 상기 입력처리부를 통해 디지털데이터로 처리된 압력 값을 저장하는 메모리부와, 상기 압력 값을 전기철도차량의 컴퓨터로 전송하는 제1통신부와, 상기 입력처리부 및 상기 제1통신부를 제어 및 감시하는 제어부와, 구동전원을 공급하는 전원부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컴퓨터는 상기 데이터 전송수단의 제1통신부와 데이터 통신을 위한 제2통신부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 컴퓨터는 음성출력부가 구비되어 가선의 상대적인 편위량이 설정된 한계 편위량 보다 크면 상기 음성출력부를 통해 경고음을 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 데이터 전송수단과 상기 전기철도차량의 컴퓨터는 유선 또는 무선 데이터 통신을 통해 압력 값을 전송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 가선이 집전판의 제한된 범위에서 급전이 이루어지고 있는지를 모니터링하여 전기철도차량이 안정적으로 급전이 이루어지는 지를 지속적으로 확인할 수 있고, 가선의 상대적인 편위량이 설정된 한계 편위량 보다 큰 경우 이상이 발생한 것으로 판단하여 알람(alarm) 등과 같은 경고음을 출력하여 운전자가 대처하게 함으로써 전기철도차량의 안전 운전에도 유익한 효과가 있다.

도 1은 종래 일반적인 판토그라프의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 판토그라프의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 판토그라프의 중앙에 가선이 위치하는 경우를 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 판토그라프의 좌측에 가선이 위치하는 경우를 도시한 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 판토그라프의 우측에 가선이 위치하는 경우를 도시한 정면도이다.

본 발명에 따른 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 판토그라프의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이ㄱ고, 도 3은 본 발명에 따른 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 판토그라프의 중앙에 가선이 위치하는 경우를 도시한 정면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 판토그라프의 좌측에 가선이 위치하는 경우를 도시한 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 판토그라프의 우측에 가선이 위치하는 경우를 도시한 정면도이다.

도 2 내지 도 4에 의하면, 본 발명에 따른 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템은 판토그라프(100)를 구성하는 팬해드(110)의 양측에 제1 및 제2압력감지수단(120,130)인 압력센서를 설치하여 가선(1)을 통해 가해지는 압력을 모니터링하여 팬해드(110)에서의 가선(1) 위치를 모니터링한다.

먼저, 전기철도차량용 판토그라프(100)는 전기철도차량의 상부에 고정되는 베이스프레임(140)의 상부에 상하로 틸팅이 가능하도록 절첩프레임(150)이 구비되고, 상기 절첩프레임(150)의 상부에 가선(1)과 접촉되어 전기에너지를 집전하는 팬해드(110)로 구성된다.

이때, 상기 베이스프레임(140)은 전기철도차량의 상부에 고정시에 절연상태를 확보하기 위해 별도의 애자(142)를 베이스프레임(140)과 전기철도차량의 사이에 고정하게 된다.

그리고 상기 절첩프레임(150)은 상부 및 하부프레임(152,153)으로 이루어져 베이스프레임(140)의 상부에 위치하는 팬해드(110)를 상하로 틸팅이 가능하게 하는 것으로, 스프링(미도시됨) 또는 실린더에 의해 상부 및 하부프레임(152,153)을 틸팅이 가능하게 절첩시켜 줌으로써 상부 및 하부프레임(152,153)의 균형을 잡아주게 됨은 당연하다.

한편, 본 발명의 판토그라프(100)는 크로스 암(cross arm) 타입 판토그라프 만을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 아니하고 싱글 암(singlearm) 타입 판토그라프 및 다이아몬드(diamond) 타입의 판토그라프 등은 물론 그 외 복수개의 하부 프레임과 상부 프레임들로 이루어진 다양한 타입의 판토그라프에도 적용 가능함은 당업자 수준에서 자명할 것이다.

이와 같은 절첩프레임(150)의 상부에는 가선(1)과 접촉되어 전기에너지를 집전하는 팬해드(110)가 고정되는데, 팬해드(110)는 절첩프레임(150)의 상부에 고정되는 크로스 바(112)와, 그 크로스 바(112)의 상측에 구비되어 가선(1)이 접촉되는 하나 이상의 집전판(114)으로 이루어진다.

그리고, 상기 팬해드(110)의 집전판(114)는 그 재질이 카본이나 구리 또는 철의 소결합금으로 이루어지며 가선(1)으로부터 전기에너지가 집전되면 전원선(미도시됨)을 통해 차량의 변압기나 추진장치에 제공되어 차량을 운행할 수 있게 된다.

이와 같은 판토그라프(100)의 팬해드(110)는 가선(1)과의 접촉을 원활하게 하기 위해 스프링타입으로 가선(1)과 접촉한다. 이때, 상기 팬해드(110)에서의 가선(1) 위치를 모니터링하기 위해 팬해드(110)의 좌측 및 우측에는 각각 제1 및 제2압력감지수단(120,130)이 구비된다.

이 경우 제1 및 제2압력감지수단(120,130)은 각각 하나의 압력센서로 구성함도 가능하지만, 좀 더 정밀한 측정이 가능하도록 하기 위해 제1압력감지수단(120)은 2개의 압력센서(122,123)를 팬해드(110)의 좌측 전후단에 설치하여서 이루어지고, 제2압력감지수단(130)은 2개의 압력센서(132,133)를 팬해드(110)의 우측 전후단에 설치하여서 이루어진다.

좀 더 상세하게는 팬해드(110)를 구성하는 크로스바(112)의 좌우 양측에 집전판(114)이 지지되는 부분에 압력센서(122,123)(132,133)을 설치한다.

따라서, 팬해드(110)의 집전판(114)에 밀착되는 가선(1)의 위치에 따라 압력센서(122,123)(132,133)에서 측정되는 압력 값을 비교하여 상대적으로 가선(1)이 집전판(114)의 중앙에 위치하는지 아니면 좌측 또는 우측으로 치우쳐 있는지를 모니터링하게 된다.

한편, 상기 판토그라프(100)의 베이스프레임(140) 일측에는 공기제어장치함(Pneumatic Control)(144)이 구비되는데, 그 공기제어장치함(144)의 내부 또는 일측에 상기 제1 및 제2압력감지수단(120,130)을 통해 감지되는 압력 값을 수집하는 데이터 전송수단(160)이 구비된다.

이때, 상기 데이터 전송수단(160)은 제1 및 제2압력감지수단(120,130)을 통해 감지되는 압력 값을 이용해 가선(1)의 편위를 분석함도 가능하지만, 좀 더 다양하고도 세밀한 분석을 할 수 있도록 전기철도차량 내 컴퓨터(170)로 전송하여 가선(1)의 편위를 분석한다.

따라서, 상기 데이터 전송수단(160)은 제1 및 제2압력감지수단(120,130)을 통해 감지되는 압력 값을 전기철도차량내 컴퓨터(170)로 전송한다.

이 경우 상기 데이터 전송수단(160)은 상기 제1 및 제2압력감지수단(120,130)을 통해 입력되는 압력 값을 디지털화된 데이터로 변환하는 입력처리부(162)와, 상기 입력처리부(162)를 통해 디지털데이터로 처리된 압력 값을 저장하는 메모리부(164)와, 상기 압력 값을 전기철도차량내 컴퓨터(170)로 전송하는 제1통신부(166)와, 상기 입력처리부(162) 및 상기 제1통신부(166)를 제어 및 감시하는 제어부(168)와, 구동전원을 공급하는 전원부(169)로 구성된다.

한편, 상기 전기철도차량 내부의 컴퓨터(170)는 상기 데이터 전송수단(160)의 제1통신부(169)와 데이터 통신을 위한 제2통신부(172)가 구비된다.

이 경우 데이터 전송수단(160)의 제1통신부(166)와 상기 전기철도차량 내부의 컴퓨터(170)의 제2통신부(172)는 유선방식으로 연결될 수 있으나, 근거리 무선통신모듈로 구성되어 무선 데이터 통신을 통해 압력 값을 전송함이 바람직하다.

그리고, 상기 전기철도차량 내부의 컴퓨터(170)는 상기 데이터 전송수단(160)에서 전송된 압력 값의 차이를 이용해 판토그라프(100)의 집전판(114)에서 가선(1)의 상대적인 편위량을 계산한다.

이때, 상기 컴퓨터(170)는 음성출력부(174)가 구비되어 가선(1)의 상대적인 편위량이 설정된 한계 편위량 보다 큰 경우 음성출력부(174)를 통해 경고음을 출력해 줌으로써 차량의 운전자가 인지할 수 있도록 한다.

이 경우 상기 컴퓨터(170)는 중앙처리부(171)와 키입력부(173) 및 디스플레이부(175)가 구비되는 일반적인 산업용 컴퓨터를 이용함이 바람직하다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참고로 본 발명에 따른 판토그라프 가선 편위 측정 과정을 설명한다.

전기철도차량이 운행되는 경우 판토그라프(100)의 팬해드(110)는 가선(1)과의 접촉을 통해 집전 기능을 수행하게 된다.

이때 판토그라프(100)의 팬해드(110)의 좌측 및 우측에 각각 설치되는 제1 및 제2압력감지수단(120,130)은 가선(1)이 팬해드(110)와 접촉되는 경우 발생되는 압력 편차를 감지하게 된다.

이 경우 가선(1)은 판토그라프(100)의 마모를 최소화하기 위해 지그재그(ZIGZAG)형태로 가설된다. 따라서, 전기철도차량의 판토그라프(100)는 운행중 3가지 형태로 변형된다. 즉, 판토그라프(100)의 중앙에 가선(1)이 위치한 경우, 판토그라프(100)의 좌측 또는 우측으로 치우지는 경우이다.

이와 같은 가선(1)이 팬해드(110)의 집전판(114)에 접촉되는 경우 발생되는 압력 값은 제1 및 제2압력감지수단(120,130)을 통해 감지되며, 제1 및 제2압력감지수단(120,130)을 통해 감지된 압력 값은 데이터 전송수단(160)으로 입력된다.

이때, 상기 데이터 전송수단(160)은 아날로그 신호인 압력 값을 입력처리부(162)에서 디지털화된 데이터로 변환 처리하여 제1통신부(166)를 통해 전기철도차량의 컴퓨터(170)로 전송한다.

상기 전기철도차량의 컴퓨터(170)는 압력 값을 입력받고 가선(1)의 편위를 모니터링한다.

이때 가선(1)이 판토그라프(100)의 집전판(113) 중앙에 위치할 경우 감지되는 압력 값은 균일하게 분포되어 있다. 그러나 가선(1)이 판토그라프(100)의 집전판(114) 중앙에 위치하지 않으면 제1 및 제2압력감지수단(120,130)의 압력 값은 가선(1)이 치우친 쪽의 압력이 증가하고, 가선(1)이 치우치지 않은 쪽은 압력 값이 낮아진다. 따라서 동 시간대의 압력 값의 차이를 이용하여 판토그라프(100)의 가선(1)에서의 편위량을 검지할 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 판토그라프(100)의 중앙에 가선(1)이 위치한 경우 제1 및 제2압력감지수단(120,130)으로부터 감지된 압력 값들의 차이가 거의 '0'에 근접하게 된다.

한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 전기철도차량의 운행중 가선(1)이 집전판(114)의 좌측 또는 우측으로 이동하는 경우 제1 및 제2압력감지수단(120,130)의 압력 차가 ± 최대치가 되어 판토그라프(100)가 가선을 벗어날 수 있는 수준까지 갈 수 있다. 이 경우 가선 및 판토그라프(100)의 사고에 대비하여 감속 및 정차를 할 수 있게 하여 차량의 주행 안전성을 확보해야 한다.

이를 위해 상기 제1 및 제2압력감지수단(120,130)의 압력 차를 계산하고 그 압력 차에 따른 편위량을 계산할 수 있게 된다.

그와 같이 계산된 편위량에 대한 그래프는 도 7에 도시된 바와 같다. 도시된 바와 같이 가선(1)의 상대적인 편위량이 설정된 한계 편위량 보다 큰 경우 이상이 발생한 것으로 판단하여 음성출력부(174)를 통해 경고음을 출력한다. 그에 따라 운전자는 차량의 정지 등의 전기철도차량의 조작을 수행할 수 도다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

1: 가선 100: 판토그라프
110: 팬해드 120: 제1압력감지수단
130: 제2압력감지수단 140: 베이스프레임
144: 공기제어장치함 150: 절첩프레임
160: 데이터 전송수단 170: 컴퓨터
174: 음성출력부

Claims (9)

1. 가선에 의해 판토그라프의 팬해드에 가해지는 압력 값을 측정하기 위해 상기 팬해드의 좌측 및 우측에 각각 설치되는 제1 및 제2압력감지수단과;
   상기 제1 및 제2압력감지수단을 통해 감지되는 압력 값을 입력받는 데이터 전송수단과;
   상기 데이터 전송수단에 입력된 제1 및 제2압력감지수단의 압력 값을 이용해 편위량을 연산하는 전기철도차량내 컴퓨터로 구성되되,
   상기 데이터 전송수단은,
   상기 제1 및 제2압력감지수단을 통해 입력되는 압력 값을 처리가능한 디지털화된 데이터로 변환하는 입력처리부와, 상기 입력처리부를 통해 디지털데이터로 처리된 압력 값을 저장하는 메모리부와, 상기 압력 값을 전기철도차량의 컴퓨터로 전송하는 제1통신부와, 상기 입력처리부 및 상기 제1통신부를 제어 및 감시하는 제어부와, 구동전원을 공급하는 전원부로 구성되는 것을 특징으로 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 판토그라프는 전기철도차량의 상부에 고정되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임의 상부에 상하로 틸팅이 가능하게 구비되는 절첩프레임과, 상기 절첩프레임의 상부에 가선과 접촉되어 전기에너지를 집전하는 팬해드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 팬해드는 절첩프레임의 상부에 고정되는 크로스 바와, 그 크로스 바의 상측에 구비되어 가선이 접촉되는 하나 이상의 집전판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 베이스프레임은 전기철도차량의 상부에 고정시에 절연상태를 확보하기 위해 애자를 베이스프레임과 전기철도차량의 사이에 고정하는 것을 특징으로 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   제1 및 제2압력감지수단은 압력센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템.
   
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 컴퓨터는 상기 데이터 전송수단의 제1통신부와 데이터 통신을 위한 제2통신부가 구비되는 것을 특징으로 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템.
   
8. 가선에 의해 판토그라프의 팬해드에 가해지는 압력 값을 측정하기 위해 상기 팬해드의 좌측 및 우측에 각각 설치되는 제1 및 제2압력감지수단과;
   상기 제1 및 제2압력감지수단을 통해 감지되는 압력 값을 입력받는 데이터 전송수단과;
   상기 데이터 전송수단에 입력된 제1 및 제2압력감지수단의 압력 값을 이용해 편위량을 연산하는 전기철도차량내 컴퓨터로 구성되되,
   상기 컴퓨터는 음성출력부가 구비되어 가선의 상대적인 편위량이 설정된 한계 편위량 보다 크면 상기 음성출력부를 통해 경고음을 출력하는 것을 특징으로 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템.
   
9. 제 1항 또는 제 8항에 있어서,
   상기 데이터 전송수단과 상기 전기철도차량의 컴퓨터는 유선 또는 무선 데이터 통신을 통해 압력 값을 전송하는 것을 특징으로 하는 판토그라프의 가선 편위 측정 시스템.
   

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