KR102004313B1

KR102004313B1 - 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치

Info

Publication number: KR102004313B1
Application number: KR1020170179145A
Authority: KR
Inventors: 김연수; 박성혁; 송민섭
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-07-29
Also published as: KR20190077720A

Abstract

본 발명은 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관리자가 별도로 제어하지 않더라도 자동으로 발열부를 작동시켜, 보다 용이하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 전기에 의해 동작하더라도 집전슈를 통하여 수신하는 전력의 흐름에 악영향을 미치지 않아 안정적인 전력 수급을 가능하게 하는 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 경량전철에서 가선으로부터 전력을 공급받는 집전장치를 구성하는 집전슈의 하부에 구비되는 발열부와, 상기 발열부로 전력을 공급하는 배터리와, 상기 발열부의 작동을 제어하는 스위치와, 상기 스위치의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치{an anti-icing device for a collecting shoe of a third-rail power collector}

본 발명은 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관리자가 별도로 제어하지 않더라도 자동으로 발열부를 작동시켜, 보다 용이하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 전기에 의해 동작하더라도 집전슈를 통하여 수신하는 전력의 흐름에 악영향을 미치지 않아 안정적인 전력 수급을 가능하게 하는 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 경량전철은 단거리 노선이면서 수송수요가 집중되는 지역에 건설 운영되어 10,000∼20,000명/방향/시간의 최대 수송능력을 갖는 최첨단 궤도교통시스템이다. 이와 같은 경량전철은 기존의 도시철도에 비해 차량과 인프라시스템의 경량화가 가능하여 건설비의 절감효과가 크고 무인운전방식을 적용하여 운영비의 절감효과를 가지며, 또한 운전 간격의 단축을 통한 승객서비스 향상, 급구배 및 급곡선 통과능력으로 인한 노선선정의 유연성 향상 및 환경친화성 향상 그리고 시스템의 안전성 및 안정성 향상 등 많은 장점을 가지고 있는 차세대 도시철도시스템이다.

이러한 경량전철은 건설 유형별로 분류하면 기존 중량전철의 지선형 노선, 대도시와 인접도시의 연계형 노선, 공항 및 항만 등의 대규모시설 접근형 노선 또는 순환형 노선으로 분류된다.

또한, 차량시스템 형식별로 분류하면 고무차륜형식 AGT 시스템, 철제차륜형식 AGT 시스템, 선형유도모터(LIM) AGT 시스템, 중저속형 자기부상열차, 모노레일(Monorail) 시스템, 재래식 전차를 개량한 저상형 노면전차 등으로 분류할 수 있다.

이와 같은 경량전철은, 도 1에 도시한 바와 같이, 주행 노선에 설치되는 주행 궤도 즉, 주행 레일(10)과 그 주행 레일(10)을 따라 움직이면서 승객을 수송하는 차량(20)과 상기 주행 레일(10)을 따라 설치되어 외부의 전력에너지가 공급되는 가선(일명; 급전선)(30)과 그 가선(30)과 접촉된 상태로 차량(20)에 장착되어 가선(30)으로 공급되는 전력에너지를 차량(20)으로 공급하는 집전수단(N)을 포함하여 구성되며, 경량전철에 주로 적용되는 집전수단(N)은 제3궤조집전방식이다.

여기서, 상기 제3궤조 집전방식은 주행용 궤도의 상면 또는 측면에 설치된 독립적인 급전선으로부터 제3궤조 집전장치를 통해 수전하는 집전방식으로, 고가궤도형 노선의 중·저속차량에 많이 적용되며 노선의 전체적인 외형이 단순하여 도심지의 미관에 적합한 방식이다.

또한, 급전선이 외부에 노출되지 않아 집전에 있어서 환경적 영향(눈, 비 등)이 거의 없으며 급전선이 반영구적이어서 유지보수 측면에서도 유리하다.

한편, 제3궤조 집전장치에서 집전슈는 급전선과의 접촉을 통해서 전력을 공급받는 역할을 담당하지만, 기온이 영하로 내려가는 동절기에는 집전슈에 서리나 눈이 얼어붙어서 급전선(가선)과 집전슈 사이의 전기적 접촉을 방해할 수 있다.

따라서 차량 운행기지에서 출발 시 집전슈의 표면에 붙은 결빙 등의 이물을 제거하기 위한 노력이 필요하다.

그런데, 현재는 이러한 결빙제거 작업이 사람의 수작업을 통해 이루어지고 있지만 고전압의 급전선 근처에서 작업하기가 위험하고 집전장치의 설치 위치상 차량 하부로 이동하여 좁은 공간 내에서 작업하여야 하는 등 많은 어려움이 따른다.

한국공개특허 10-2001-105807

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가선으로부터 전력을 수신하는 집전장치에서 가선과 직접 접하도록 아암의 단부에 설치되는 집전슈와 아암 사이에 발열부를 구비하되, 발열부의 작동을 제어하는 제어부는 발열부의 상단에 구비되는 온도센서로부터 감지된 집전슈의 온도와 설정된 온도를 비교하여 설정된 온도보다 집전슈의 온도가 저하될 경우 자동으로 발열부가 작동되도록 하여 관리자가 별도의 제어 없이 용이하게 사용할 수 있으며, 상기 발열부는 집전슈의 하부에 착탈가능하도록 형성하여 동절기에만 설치하여 사용할 수 있고, 고장이나 손상이 발상하더라도 용이하게 교체할 수 있는 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치를 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 아암의 단부와 집전슈의 사이에 발열부를 구비함으로써, 집전슈가 가선을 가압하는 힘이 커지게 되므로, 집전장치를 구성하는 토션부의 탄성력을 조절하여 발열부에 의해 커진 집전슈와 가선과의 접착력을 줄여주어 집전슈와 가선 사이의 마찰력을 적절하게 유지하여 집전슈가 빨리 마모되는 것을 방지할 수 있는 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 집전슈의 하부에 구비되는 발열부는 전기를 열기로 바꿔주는 발열선과 발열선의 상부와 하부에 구비되는 절연시트로 이루어져, 집전슈에서 수신한 전력의 흐름에 악영향을 미치지 않도록 하여 안정적인 전력 수급을 가능하게 하는 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

가선으로부터 전력을 공급받는 집전장치를 구성하는 집전슈의 하부에 구비되는 발열부와, 상기 발열부로 전력을 공급하는 배터리와, 상기 발열부의 작동을 제어하는 스위치와, 상기 스위치의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 집전슈의 하면에는 집전장치를 구성하는 아암의 단부에 고정되는 고정 브라켓에 나사결합되는 고정돌부가 하부로 돌출형성되고, 상기 발열부에는 상기 고정돌부가 상하로 관통하는 관통공이 구비되어 집전슈와 고정 브라켓의 사이에 착탈가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 발열부는 전기에 의해 열을 발생시키는 발열선과, 상기 발열선의 상부와 하부에 구비되어 집전슈 및 고정 브라켓과 전기적으로 단절시키는 절연시트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제어부는 발열부의 상부에 구비되는 온도센서로부터 감지한 온도와 설정된 온도를 비교기를 통하여 비교하여 온도센서에서 감지한 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우 발열부를 작동시키도록 high 신호를 출력하여 상기 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부에는 비교기에서 출력한 신호와 운전실에서 수동 제어한 신호를 수신하여 스위치의 제어신호를 출력하는 OR 게이트가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 발열부에는 환류다이오드가 병렬로 구비되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 집전장치에는 단부에 집전슈가 구비되는 아암을 상부로 탄성지지하는 토션부가 구비되되, 상기 토션부는 발열부의 두께에 따라 집전슈를 상부로 가압하는 탄성력이 조절되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 가선으로부터 전력을 수신하는 집전장치에서 가선과 직접 접하도록 아암의 단부에 설치되는 집전슈와 아암 사이에 발열부를 구비하되, 발열부의 작동을 제어하는 제어부는 발열부의 상단에 구비되는 온도센서로부터 감지된 집전슈의 온도와 설정된 온도를 비교하여 설정된 온도보다 집전슈의 온도가 저하될 경우 자동으로 발열부가 작동되도록 하여 관리자가 별도의 제어 없이 용이하게 사용할 수 있으며, 상기 발열부는 집전슈의 하부에 착탈가능하도록 형성하여 동절기에만 설치하여 사용할 수 있고, 고장이나 손상이 발상하더라도 용이하게 교체할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 아암의 단부와 집전슈의 사이에 발열부를 구비함으로써, 집전슈가 가선을 가압하는 힘이 커지게 되므로, 집전장치를 구성하는 토션부의 탄성력을 조절하여 발열부에 의해 커진 집전슈와 가선과의 접착력을 줄여주어 집전슈와 가선 사이의 마찰력을 적절하게 유지하여 집전슈가 빨리 마모되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 집전슈의 하부에 구비되는 발열부는 전기를 열기로 바꿔주는 발열선과 발열선의 상부와 하부에 구비되는 절연시트로 이루어져, 집전슈에서 수신한 전력의 흐름에 악영향을 미치지 않도록 하여 안정적인 전력 수급을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 경량전철의 집전장치 장착 위치를 도시한 경량전철 시스템의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치가 설치된 집전장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치가 설치된 집전장치의 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치의 회로도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치가 설치된 집전장치의 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치가 설치된 집전장치의 부분 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치의 회로도이다.

본 발명은 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치에 관한 것으로 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 그 구성은 경량전철(310)에서 가선(320)으로부터 전력을 공급받는 집전장치(100)를 구성하는 집전슈(130)의 하부에 구비되는 발열부(210)와 상기 발열부(210)로 전력을 공급하는 배터리(230)와 상기 발열부(210)의 작동을 제어하는 스위치(220)와 상기 스위치(220)의 작동을 제어하는 제어부(240)를 포함하여 이루어진다.

그래서, 상기 제어부(240)에서 스위치(220)를 제어하여 발열부(210)를 작동시켜, 발열부(210)에서 발생하는 열기에 의해 집전슈(130)의 표면에 있는 눈이나 얼음 등을 녹여주어 가선(320)과 온전하게 접촉할 수 있게 하여 안정적으로 전력을 공급받을 수 있게 한다.

그리고, 상기 집전장치(100)는 가선(320)과 접하는 집전슈(130)가 설치되는 아암(110)과 상기 아암(110)의 단부에 구비되어 집전슈(130)를 고정하는 고정 브라켓(120)과 상기 아암(110)을 상부로 탄성지지하는 토션부(140)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 발열부(210)는 아암(110)의 단부에 설치되는 고정 브라켓(120)과 집전슈(130)의 사이에 구비되는데, 상기 집전슈(130)의 하면에는 고정돌부(132)가 하부로 돌출 형성되어 상기 고정 브라켓(120)의 단부에 나사 결합으로 고정되며, 상기 발열부(210)에는 상기 고정돌부(132)가 상하로 관통하는 관통공(216)이 형성된다.

그래서, 상기 발열부(210)의 관통공(216)에 상기 고정돌부(132)가 삽입되어 발열부(210)는 집전슈(130)의 하면에 밀착 결합되고, 발열부(210)의 하부에는 고정 브라켓(120)이 위치하여 고정볼트(134)를 사용하여 나사 결합으로 고정 브라켓(120)과 집전슈(130)를 고정하는 과정에서 발열부(210)를 고정하게 된다.

따라서, 상기 집전슈(130)와 고정 브라켓(120) 사이에 발열부(210)를 착탈할 수 있게 되어, 동절기에만 본 발명의 결빙 방지 장치를 설치하여 사용하도록 함으로써, 내구성을 높일 수 있고, 발열부(210)가 파손되거나 손상시에 용이하게 교체할 수 있게 된다.

그리고, 상기 발열부(210)는 전기에 의해 열을 발생시키는 발열선(212)과 상기 발열선(212)의 상부와 하부에 구비되는 절연시트(214)로 이루어지는데, 상기 절연시트(214)는 에폭시 수지로 형성되어 발열부(210)의 상부와 하부에 위치하는 집전슈(130)와 고정 브라켓(120)과는 완전한 절연상태를 유지하게 된다.

이때, 상기 집전슈(130)는 가선(320)으로부터 전력을 전송받아 상기 고정 브라켓(120)의 전원 케이블 연결부(122)에 연결되는 전원 케이블을 통하여 차량으로 전력을 공급하게 되는데, 상기 발열부(210)의 발열선(212)으로 공급되는 전류가 집전슈(130)나 고정 브라켓(120)에 악영향을 미치지 않도록 하여, 안정적인 전력 공급을 가능하게 한다.

한편, 상기 제어부(240)는 발열부(210)의 작동을 제어하게 되는데, 발열부(210)의 상부에 구비되는 온도센서(250)에서 감지한 온도와 설정된 온도를 비교하는 비교기(242)와 상기 비교기(242)에서 출력한 신호와 운전실에서 전송한 제어신호를 수신하여 최종 제어신호를 출력하는 OR 게이트(244)로 이루어진다.

여기서, 상기 비교기(242)는 상기 온도센서(250)에서 감지한 온도와 관리자가 설정한 온도를 비교하여 온도센서(250)에서 감지한 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우 발열부(210)를 작동시키도록 high 신호를 출력하게 된다.

이때, 상기 제어부(240)는 OR 게이트(244)를 구비하지 않고 비교기(242)에서 판단한 신호만으로 스위치(220)를 제어할 수도 있고, 전술한 바와 같이 비교기(242)에서 출력한 신호와 운전실에서 전송한 제어신호를 OR 게이트(244)에서 논리 합연산을 통하여 최종 제어신호를 생성하여 스위치(220)를 제어할 수도 있다.

그리고, 상기 발열부(210)에는 환류다이오드(218)을 더 구비하는데, 상기 환류다이오드(218)은 발열부(210)와 전기적으로 병렬로 연결하여 스위치(220)에 가해지는 부하를 줄여주게 된다.

즉, 도 5에 도시된 회로에서 스위치(220)가 ON 되어 일정 시간동안 도통되면 발열선(212)에 흐르는 전류는 일정값에 흐르게 되고 유도성 부하(인덕터)에 저장되게 된다.

이때, 상기 스위치(220)를 개방하게 되면 유도성 부하에 저장된 전류가 방출되어야 하므로 회로 개방시 스위치(220)에 스파크가 발생하게 되는데, 본 발명에서는 환류다이오드(218)가 병렬로 구비되어 유도성 부하에 축적된 전류를 방출해주는 길 역할을 하게 됨으로써, 스위치(220)에 스파크가 발생하는 것을 방지하게 된다.

따라서, 상기 환류다이오드(218)를 구비함으로써, 본 발명인 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치의 내구성을 보다 높여주게 된다.

한편, 상기 집전장치(100)에는 단부에 집전슈(130)가 구비되는 아암(110)을 상부로 탄성지지하는 토션부(140)가 구비되는데, 상기 토션부(140)는 아암(110)을 상부로 탄성지지하는 탄성력을 조절할 수 있게 된다.

이때, 상기 토션부(140)에는 별도로 도시하지는 않았지만 아암(110)을 탄성지지하는 비틀림스프링(미도시)과 상기 비틀림스프링이 권취되는 드럼(미도시)으로 형성되어, 상기 드럼을 회전시켜 비틀림스프링이 아암(110)을 지지하는 탄성력을 조절할 수 있게 된다.

그래서, 동절기에 집전슈(130)의 하부에 발열부(210)를 설치할 경우, 발열부(210)의 두께에 의해 집전슈(130)가 가선(320)을 가압하는 힘이 커지게 되는데, 상기 드럼을 회전시켜 상기 토션부(140)를 조절하여 탄성력을 줄어줌으로써, 적절한 힘으로 집전슈(130)를 지지할 수 있게 된다.

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

100 : 집전장치 110 : 아암
120 : 고정 브라켓 130 : 집전슈
140 : 토션부 210 : 발열부
220 : 스위치 230 : 배터리
240 : 제어부 250 : 온도센서

Claims

가선으로부터 전력을 공급받는 집전장치를 구성하는 집전슈의 하부에 구비되는 발열부와,
상기 발열부로 전력을 공급하는 배터리와,
상기 발열부의 작동을 제어하는 스위치와,
상기 스위치의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지고,
상기 집전슈의 하면에는 집전장치를 구성하는 아암의 단부에 고정되는 고정 브라켓에 나사결합되는 고정돌부가 하부로 돌출형성되고, 상기 발열부에는 상기 고정돌부가 상하로 관통하는 관통공이 구비되어 동절기에만 설치하여 사용하도록 집전슈와 고정 브라켓의 사이에 착탈가능하게 설치되며,
상기 제어부는 발열부의 상부에 구비되는 온도센서로부터 감지한 온도와 설정된 온도를 비교기를 통하여 비교하여 온도센서에서 감지한 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우 발열부를 작동시키도록 high 신호를 출력하여 상기 스위치를 제어하고,
상기 제어부에는 비교기에서 출력한 신호와 운전실에서 전송한 제어 신호를 수신하여 스위치의 제어신호를 출력하는 OR 게이트가 구비되어 논리 합연산을 통하여 최종 제어신호를 생성하며,
상기 집전장치에는 단부에 집전슈가 구비되는 아암을 상부로 탄성지지하는 토션부가 구비되되, 상기 토션부는 발열부의 설치 유무에 따라 집전슈를 상부로 가압하는 탄성력이 조절하여 집전슈와 가선 사이의 마찰력을 일정하게 유지하여 집전슈가 빨리 마모되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 발열부는 전기에 의해 열을 발생시키는 발열선과,
상기 발열선의 상부와 하부에 구비되어 집전슈 및 고정 브라켓과 전기적으로 단절시키는 절연시트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 발열부에는 환류다이오드가 병렬로 구비되는 것을 특징으로 하는 제3궤조 집전슈의 결빙 방지 장치.
삭제