KR101650341B1

KR101650341B1 - 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템 및 이 시스템에서 이용되는 철도 차량

Info

Publication number: KR101650341B1
Application number: KR1020140161400A
Authority: KR
Inventors: 임춘택; 구범우; 이은수
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2016-08-23
Also published as: KR20160059654A

Abstract

본 발명은 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템의 송신기와 수신센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량 간 자기유도에 의해 자기장의 크기를 감지하여 두 열차간의 거리를 감지하는 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템의 송신기와 수신센서에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 철도차량 간 자기유도에 의해 자기장의 크기를 감지하여 두 열차간의 거리를 감지함으로써 철도차량 내에서 중앙 관리실을 거치지 않고 직접 다른 차량의 위치를 감지하여 철도차량 간의 추돌사고를 보다 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템 및 이 시스템에서 이용되는 철도 차량{Distance sensing system between trains using magnetic induction and trains used therefor}

본 발명은 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 철도차량 간 자기유도에 의해 자기장의 크기를 감지하여 두 열차간의 거리를 감지하는 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템의 송신기와 수신센서 및 이들 송신기와 수신센서를 구비한 철도차량에 관한 것이다.

일반적으로 지하철과 같은 철도차량은 중앙 관리실에서만 각 철도차량의 위치를 확인할 수 있으며, 기관실에서는 다른 철도차량의 위치를 확인할 수 없기 때문에 철도차량 간의 추돌사고가 빈번히 발생하게 된다.

따라서, 철도차량 내의 기관사가 다른 철도차량의 위치를 감지할 수 있도록 하는 장치의 개발이 필요한 실정이다.

KR

10-0381043

B1

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 철도차량 간 자기유도에 의해 자기장의 크기를 감지하여 두 열차간의 거리를 감지함으로써 철도차량 내에서 중앙 관리실을 거치지 않고 직접 다른 차량의 위치를 감지하여 철도차량 간의 추돌사고를 보다 효과적으로 방지할 수 있도록 한 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템의 송신기와 수신센서를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 일 측면에 따르면, 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 연장되는 2개의 선로를 구비하는 철도 상에서 인접하여 주행하는 2개의 철도 차량 간의 거리를 자기유도에 의하여 감지하는 시스템으로서, 상기 철도 위를 주행하는 제1 철도차량의 전방에 배치되는 송신기; 및, 상기 제1 철도차량의 전방에서 상기 제1 철도차량과 같은 방향으로 상기 철도 위를 주행하는 제2 철도차량의 후방에 배치되는 수신센서를 포함하고, 상기 철도, 상기 제1 철도차량의 전방에 배치된 한 쌍의 바퀴와 이를 연결하는 샤프트, 및 상기 제2 철도차량의 후방에 배치된 한 쌍의 바퀴와 이를 연결하는 샤프트에 의하여 전기적 폐루프가 형성되고, 상기 제1 철도차량의 전방에 배치된 송신기에서 발생된 자기장에 의해 상기 폐루프에 전류가 흐르고, 상기 전류에 의하여 상기 제2 철도차량의 후방에 배치된 수신센서에 유도된 자기장에 의해 발생하는 전압을 측정하여 상기 제1 철도차량과 상기 제2 철도차량 간의 거리가 감지되는 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템이 제공된다.

본 발명에 다른 측면에 따르면, 전술한 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템에서 이용되기 위한 철도 차량으로서, 전방에서 주행하는 다른 차량의 수신센서와 연동하기 위한 송신기가 차량의 전방에 배치되고, 후방에서 주행하는 또다른 차량의 송신기와 연동하기 위한 수신센서가 차량의 후방에 배치되는 철도 차량이 제공된다.

본 발명에 의하면, 철도차량 간 자기유도에 의해 자기장의 크기를 감지하여 두 열차간의 거리를 감지함으로써 철도차량 내에서 중앙 관리실을 거치지 않고 직접 다른 차량의 위치를 감지하여 철도차량 간의 추돌사고를 보다 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에서 두 열차 사이에 형성된 폐루프의 전기회로를 나타내는 도면.
도 3은 도 1에서 두 열차 사이에 형성된 폐루프에 자기장

가 형성됨을 나타내는 도면.
도 4는 도 1에서 송신기에 형성되는 자기장

와 두 열차 사이의 폐루프에 형성되는 자기장

의 일예를 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 송신기에서 수평 방향으로 전달되는 자기장

에 의한 직접 자기결합에 의해 수신센서에서의 전압 발생을 제거하기 위한 수신센서 배치의 일예를 나타내는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템은 크게 제1 철도차량(10)과, 제2 철도차량(20)과, 철도(30)를 포함한다.

제1 철도차량(10)의 전면 하부면에는 자기장

을 발생시키는 송신기(11)가 부착된다. 송신기(11)는 'E' 자형 코어와, 'E' 자형 코어의 양측 홈에 각각 송신코일이 감겨지는 구조를 갖는다.

제2 철도차량(20)의 후면 하부면에는 수신센서(21)가 부착된다. 수신센서(21)는 한 쌍의 'ㄷ' 자형 코어와, 한 쌍의 'ㄷ' 자형 코어에 각각 수신코일이 감겨지는 구조를 갖는다.

이러한 구조에 의해, 송신기(11)에서 발생된 자기장

의 변화에 의해 철도(30)와, 제1 및 제2 철도차량(10,20)의 바퀴(12,22)와, 제1 및 제2 철도차량(10,20)의 샤프트(13,23)가 연결되어 전류

가 흐르는 폐루프가 형성된다.

즉, 전류

는 제1 철도차량(10)의 바퀴(12)와 제1 철도차량(10)의 바퀴(12)를 연결시키는 제1 철도차량(10)의 샤프트(13) 및 제2 철도차량(20)의 바퀴(22)와 제2 철도차량(20)의 바퀴(22)를 연결시키는 제2 철도차량(20)의 샤프트(23) 및 제1 철도차량(10)의 바퀴(12)와 제2 철도차량(20)의 바퀴(22) 사이에 위치한 철도(30)에 의해 형성되는 폐루프에 흐르게 된다.

이와 같이 제1 철도차량(10)과 제2 철도차량(20)의 사이에 형성되는 폐루프에 제1 철도차량(10)의 송신기(11)에서 자기장

을 가하고, 제2 철도차량(20)의 수신센서(21)에서 폐루프에 형성된 자기장

에 의해 유도되는 전압을 측정하여 두 열차간의 거리를 감지한다.

도 2는 도 1에서 두 열차 사이에 형성된 폐루프의 전기회로를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1에서 두 열차 사이에 형성된 폐루프에 자기장

가 형성됨을 나타내는 도면이며, 도 4는 도 1에서 송신기에 형성되는 자기장

와 두 열차 사이의 폐루프에 형성되는 자기장

의 일예를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 1의 송신기에서 수평 방향으로 전달되는 자기장

에 의한 직접 자기결합에 의해 수신센서에서의 전압 발생을 제거하기 위한 수신센서 배치의 일예를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 철도차량 사이 거리 감지 원리에 대해 살펴보면, 제1 철도차량(10)의 전면 하부면에 부착된 송신기(11)의 송신코일에 송신전류

가 흐르게 되면 송신전류

에 의한 자기장

가 발생되어 송신기(11)의 주변에 형성되고 두 열차 사이의 폐루프에 가해져 전압

가 유기된다. 이와 같이 유기된 전압

는 하기의 수학식 1과 같이 정의된다.

여기서,

는 자기장

가 두 열차 사이의 폐루프에 쇄교하는 면적을 나타낸다.

은 송신기(11)의 송신코일에 흐르는 송신전류

의 주파수로서, 도 2에서 두 열차 사이 철도의 유도성 리액턴스 jωsL0와 두 열차 사이 철로의 내부저항

을 비교해

을 무시할 수 있을 만큼의 큰 jωsL0값을 가져야 하며, 동시에

의 크기가 수신센서(21)가 감지하기에는 충분해야 하므로

는 20㎑ ~ 200㎑ 대역으로 선정된다. 또한, DC 전류(대전류)에 의한 노이즈(noise)를 피할 수 있도록 대역통과필터(BPF)를 사용할 수 있다.

이와 같이 유기된 전압

에 의해 폐루프에 전류

가 흐르게 된다. 이와 같이 폐루프에 흐르는 전류

는 하기의 수학식 2와 같이 정의된다.

여기서,

는 두 열차 사이 철로의 인덕턴스

에 반비례하고, 두 열차 사이 철로의 인덕턴스

는 두 열차 사이 철로의 길이

에 비례한다.

은 비례계수이다.

두 열차 사이의 폐루프에 전류

가 흐름에 따라 암페어의 법칙에 의해 도 3에 나타난 바와 같이, 두 열차 사이 철로의 길이가

이고, 철로의 폭이

인 폐루프에 자기장

가 형성된다. 이와 같이 형성된 자기장

는 하기의 수학식 3과 같이 정의된다.

여기서,

를 제외한 나머지 문자는 상수이며, 두 열차간의 거리에만 자기장

가 반비례한다.

즉, 두 열차 사이의 폐루프에 형성되는 자기장

의 크기를 측정하여 두 열차간의 거리를 계산할 수 있다.

송신기(11)에 형성되는 자기장

는 도 4 (a)에 나타난 바와 같이 제1 철도차량(10)의 전면 하부면에 부착된 송신기(11)의 송신코일에 송신전류

가 흐르는 경우 발생되어 송신기(11)의 주변에 형성된다.

그리고, 두 열차 사이의 폐루프에 형성되는 자기장

는 도 4 (b)에 나타난 바와 같이 두 열차 사이의 폐루프에 전류

가 흐름에 따라 암페어의 법칙에 의해 두 열차 사이의 폐루프에 형성된다.

이와 같이 두 열차 사이의 폐루프에 자기장

가 형성되면 제2 철도차량(20)의 수신센서(21)의 수신코일에 전압이 유도됨으로써 수신코일에 유도된 전압을 측정하여 두 열차간의 거리를 계산한다.

이와 같이 두 열차 사이의 폐루프에 형성되는 자기장

에 의해 수신센서(21)의 수신코일에 유도된 전압을 측정하여 두 열차간의 거리를 계산함에 있어, 도 5에 나타난 바와 같이, 송신기(11)의 송신코일에 송신전류

가 흘러 송신기(11)의 주변에 형성되는 자기장

중에서 수평 방향으로 전달되는 자기장

과 수직이 되는 방향으로 수신센서(21)를 배치한다. 이러한 수신센서(21)의 배치에 의해, 송신기(11)에서 전달되는 수평 방향의 자기장

이 두 열차 사이의 폐루프에 형성되는 자기장

에 영향을 주지 않게 됨으로써 송신기(11)와 수신센서(21) 간의 직접적인 자기 결합에 의한 전압이 발생되지 않도록 한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 제1 철도차량
11 : 송신기
12,22 : 바퀴
20 : 제2 철도차량
21 : 수신센서
30 : 철도

Claims

일정한 간격을 두고 서로 평행하게 연장되는 2개의 선로를 구비하는 철도 상에서 인접하여 주행하는 2개의 철도 차량 간의 거리를 자기유도에 의하여 감지하는 시스템으로서,
상기 철도 위를 주행하는 제1 철도차량의 전방에 배치되는 송신기; 및,
상기 제1 철도차량의 전방에서 상기 제1 철도차량과 같은 방향으로 상기 철도 위를 주행하는 제2 철도차량의 후방에 배치되는 수신센서
를 포함하고,
상기 철도, 상기 제1 철도차량의 전방에 배치된 한 쌍의 바퀴와 이를 연결하는 샤프트, 및 상기 제2 철도차량의 후방에 배치된 한 쌍의 바퀴와 이를 연결하는 샤프트에 의하여 전기적 폐루프가 형성되고,
상기 제1 철도차량의 전방에 배치된 송신기에서 발생된 자기장에 의해 상기 폐루프에 전류가 흐르고, 상기 전류에 의하여 상기 제2 철도차량의 후방에 배치된 수신센서에 유도된 자기장에 의해 발생하는 전압을 측정하여 상기 제1 철도차량과 상기 제2 철도차량 간의 거리가 감지되는
자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 송신기는 E자형 코어와, 상기 E자형 코어에 감겨지는 송신코일을 구비하는
것을 특징으로 하는 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 수신센서는 한 쌍의 ㄷ자형 코어와, 상기 한 쌍의 ㄷ자형 코어에 각각 감겨지는 수신코일을 구비하는
것을 특징으로 하는 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 수신센서는 상기 송신기에서 발생되는 자기장 중에서 수평 방향으로 전달되는 자기장과 수직이 되는 방향으로 배치되어 상기 송신기와 상기 수신센서 간의 직접적인 자기 결합에 의한 전압이 발생되지 않도록 하는
것을 특징으로 하는 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템.
청구항 1에 기재된 자기유도에 의한 철도 차량간 거리 감지 시스템에서 이용되기 위한 철도 차량으로서,
전방에서 주행하는 다른 차량의 수신센서와 연동하기 위한 송신기가 차량의 전방에 배치되고, 후방에서 주행하는 또다른 차량의 송신기와 연동하기 위한 수신센서가 차량의 후방에 배치되는
철도 차량.