KR20140016668A - 버스 등 수단의 전기동력화, 무가선화 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 전기에너지를 효율적 공급하고 차량의 정확한 위치 정보 등을 제공할 수 있는 Guide Line과 이를 적용한 버스 등 차량도 일반 도로상에서 철도와 같은 기능과 효과를 갖게하는 등 향후 도입하게될 새로운 교통시스템의 기반을 마련하는데 있다.
기존 시스템 위에 새로운 교통 시스템이 사실상 구축되기 때문에 편리성·사업성·안전성·친환경성·운영의 효율성 등을 크게 개선할 수 있다. 즉, 접근의 편리성·편성의 신축성·기동성 등 버스 등 수단의 장점과 정시성·대량성·자동운전 가능성 등 철도의 장점만을 적용하므로 이용에 편리하며 기존 버스 등의 생산공정을 활용하고 도로 등 일반 교통시설을 공유하므로 타당성이 없었던 사업의 B/C가 대폭 개선된다. 또한, 동력이 탄소에서 전기에너지로 대체되어 환경친화적이고 이동블록 전력제어로 전기적 안전도도 제고된다. 더욱이 기존의 가선 등을 없애거나 줄일 수 있어 경관 개선에도 크게 기여 한다. P-GL 방식은 시내 노선 버스 등 수단에 유리하고, L-GL 방식은 고속의 전기 철도에 적용하는 것이 유리하다.
본 발명은, 도시철도·일반철도·KTX 등 수단의 종류뿐만 아니라 고무차륜 ·철제 차륜·자기부상 등의 형태에까지 확대가 가능하며, 향후 이를 자동화와 네트워크화하면 여객은 물론 물류 개선에 크게 기여할 수 있을 것이다.

Description

버스 등 수단의 전기동력화 {Energy Electrified like a Bus Transit }

본 발명은 버스 등 일반 교통수단의 동력을 전기 등 친환경 에너지로 교체하는 것에 관한 것이다. 안전 및 경관(景觀) 개선과 교통수단 도입·운영시 사업성 제고(기존 전기 철도 등 포함)의 효과가 크다.

본 발명은, 현실적으로 가장 많이 이용하는 수단이고 동력을 탄소에너지에 의존하여 소음·공해를 다량 배출하는 버스·승용차 등 일반 교통수단이 전기에너지를 사용하며 자동화하는 기술 적용이 시급함에도 그 실용화가 더디게 진행되고 있음에 착안하였다.

현재 이와 같은 요구를 반영한 유사한 교통시스템인 전기철도는 차량의 유도를 위해 레일을, 전력공급을 위해 변전소·가선(架線, Catenary)·판토 (Pantograph)를, 차량 제어를 위해 ATO(Automatic Train Control) 등을 이용한다. 전력공급은 주로 DC 750Volts, 1,500 Volts와 AC 25,000 Volts를 사용하고 있으며 전차선(가선) 지지용 철주가 약 50m 이내(커브 구간에는 차량당 1개)간격으로 설치된다.

교통수요의 대부분을 담당하고 있는 도로 교통수단에 전기에너지를 사용해야하는 환경으로부터 요구가 점증되고 있다. 현재 전기에너지를 동력으로 사용하고 있는 지하철·KTX·트램 등이 친환경적 수단으로 각광을 받고 있음을 보면 알 수 있다. 그렇지만 이들 수단의 건설·운영비는 매우 고가(高價)이고, 복잡한 가선은 경관을 해치며 더욱이 항시 전력이 공급되고 있어 전자파·감전 등 안전에 매우 위협적이다. 또한, 철도는 다른 수단과 공유하기 어렵고, 승하차를 위해 역사에 접근하여야 하는 불편이 있으며 도시의 발전과 함께 외곽으로 이전되고 있어 다른 수단의 추가 수요를 유발시키고 있다는 단점이 동시에 존재한다.

밧테리나 연료전지 등을 이용한 전기자동차가 개발되고 있지만 가격 및 유지·관리비용이 높고, 이들 전지는 버스나 철도 등 대형 수단에 필요한 출력을 감당하기에는 한계가 있다. 향후 자기부상 등 차량의 도입과 물류 등 목적으로 사용될 교통 수단은 많은 에너지가 필요하기 때문에 효과적인 전력을 공급하는 방법과 형태에 대한 새로운 파라다임이 필요하다.

버스 등의 기동성(機動性) 등 장점을 그대로 보유하면서 철도라는 가이드웨이와 보다 친환경적이고 안전한 새로운 교통시스템을 구현할 기반이 요청되고 있다. 요즈음 중앙전용차로제의 확대 시행은 이러한 요구를 만족시킬 수 있는 고무적인 여건 변화라 아니할 수 없다. 새로운 교통수단의 도입·운영을 위해서는 사업성 개선과 기존의 전기 철도 등 수단 및 시설의 안전도와 경관 개선 문제도 충분히 고려하여야 한다.

본 발명에서는 교통시스템의 친환경·경관(景觀)·안전성·사업성을 향상시키기 위하여, 일반 도로상에서 버스 등 수단에 전력을 공급하는 방법과 지상의 가선을 제거 또는 대체하는 등의 방법으로 Guide Line(이하 "GL"이라 한다)을 사용한다. GL의 기능은 이동 블록단위 전력제어, 효과적인 집전 및 새로운 차량 운행 데이터의 획득과 활용 방법을 포함한다. 기존 수단과 시설을 공유하기 때문에 사업성 개선이가 가능하고 동시에 향후 발전된 교통수단이 요구하는 자동운전 등의 핵심적 기반이 된다.

"가이드라인"이란, 차량을 유도하는 기준이라는 의미와 같이, 본 발명에서는 교통수단에 전력을 효과적으로 공급하고 수단 운행에 필요한 데이터를 획득·이용하게 하는 장치를 말한다. 실제 철도를 새로 구축하지 않고도 일반도로상에서 철도와 같거나 그 이상의 기능과 효과를 갖는 길·노선·교통시스템이라 할 수 있는 Virtual Guide Way의 중심이 된다.

1. 이동블록 설정에 의한 전력 제어 프로세스

블록의 이동에 따라 전력도 동시에 이동하여 공급되는 프로세스로, 가선을 도로상에 설치할 경우 상시 전력을 공급함으로 인한 위험으로부터 전기적 안전도 제고와 사업성 개선을 그 목적으로 한다. 블록의 크기는 Line Type GL(이하 "L-GL"이라 한다)의 경우는 편성단위로, Pantograph Type GL(이하"P-GL"이라 한다) 방식의 경우에는 노선에서 운용될 수단의 최소 길이로 하는 것이 바람직하다(그러나 철주의 길이는 현 전기철도와 같음).

차량이 다음 블록으로 가기 위해 다음 블록의 전력 제어기에 전력공급요청을 하면, 동 요청을 받은 전력제어기가 자신 블록의 안전 상태 등을 점검하고 전력공급 승락 여부를 결정한다. 승락이 있으면 차량이 다음 블록 직전에 설치된 "이동전력공급확인 센서" 설치구간을 통과 할 때 다음 블럭에 비로소 전력이 공급된다(도 1 참조).

전력제어는 IGBT 등 반도체소자를 사용한다(도 2 참조). 1블록은 1차량(또는 편성)만 진입이 원칙이고 전력제어장치는 모든 블록에 설치된다. 블록내 전력시설 용량은 동 구간에 위치하는 차량의 용량을 커버할 정도면 충분하므로, 기존 전기철도와는 달리 E&M 장비 도입비, 운영를 낮출 수 있다.

2. 집전장치 및 집전 프로세스

1) Line Type Guide Line(L-GL)

L-GL은 차상의 Line이 이동하면서 지상의 Terminal에 접촉하여 차량에 전력이 공급되는 방식이다(361,370). Line은 전력 Pickup(집전) 장치로서, 선형(線形)인 길다란 강구조물의 도체(導體)로 차상에 병렬(전기철도의 경우는 1개의 Line)로 부착되며, 지상에는 전력을 공급하기 위한 전주(電柱)와 전주 상단에 부착된 단자 즉, Terminal(370)이 차량의 길이(정확히는 편성의 길이)에 해당하는 간격으로 설치된다(330,340). 기존 전기 철도의 차상 장치(Panto graph ; Panto)와 지상장치 (Catenary)의 위치를 서로 바꾼 경우와 비슷하다. 다만, 기존 방식은 가선(전차선)이 공중에 매달려 있고 약 50m간격의 철주에 의해 지지되고 있는 형태(회전구간은 차량 당 1개일 수도 있음) 지만, L-GL방식은 가선에 비교될 수 있는 Line이 차상에 부착되어 있어 지상의 가선(전차선) 자체가 필요 없고 기존 방식의 판토그라프에 비교될 수 있는 터미널과 터미널의 지지 및 전력 공급 전주도 차량 편성의 양쪽 끝에만 설치되도록 하면 되므로 그 간격이 400m(고속전철 20량 1편성 기준)로 기존 방식의 철주 간격인 50m보다 훨씬 길고 이동블록 전력제어로 인해 차량이 위치한 블록 이외에는 전력이 외부에 노출되지 않음이 다르다. 전력은 케이블을 지하에 매설하여 터미널에 분기 공급한다.

차량이 블록과 블록 사이를 이동하더라도 차량 편성의 선두와 후미에 있는 터미널이 일정 순간 동안 Line에 동시 접촉되어 있으므로(363) 전력을 끊임없이 차량에 전달할 수 있으며, Line 자체가 차량과 일체가 되어 있고 견고하므로 차량의 고속 주행시 가선 경우처럼 출렁임으로 인한 접촉볼량이나 아크가 거의 발생하지 않는다.

고속 철도와 같이 차량이 고속으로 주행시, L-GL 방식은 Line과 Terminal이 f = mυ²의 힘으로 부딪칠 수 있는데, 차량 맨 앞쪽 터미널과 Line은 슬라이딩으로 접촉하며 터미널이 Line의 진행방향으로 회전하고 Terminal Arm에 신축기능을 부여함으로써 충격을 분산·완화한다(371 →372→373). 차량과 차량사이의 Line은 곡선 구간에서도 수평 유지(좌우수평, 351)로 터미널과 원활한 접촉이 가능하도록 함과 동시에 Line 전체의 수평유지(전후수평, 361)를 위한 컨트롤러(362)를 차상에 장치한다(도 3 참조). 정확한 진입각도나 수평유지를 측정하기 위하여 Laser Beam과 CCTV 등을 활용한다.

2) Pantograph Type Guide Line(P-GL)

전기 철도에서 가선(架線)과 Pickup 장치인 Pantograph(이하 "Panto"라 한다)를 통해 차량에 전력을 공급하는 기존의 방식과 형태가 같지만, 이동블록 전력공급을 위해 블록 단위로 가선이 단절되어 있다는 점이 다르다(430). 버스 등은 철제 차륜과 레일이 없으므로 전기적으로 2극성을 가진 가선을 평행 배치하여야 하나, 비용 발생요인을 줄이고 경관을 좀 더 개선하며 전기적 안전도를 높이기 위해 1가선 2분할 방식이 유리하다. 즉, 지상에 블록(차량 길이)의 1/2에 해당하는 길이의 가선 2개를 직렬로 배치하고(410) 그 중 하나는 플러스 전원을 다른 하나는 마이너스 전원을 이동 블록 전력제어기를 통해 공급한다. 항상 플러스 전원이 차량 상부 한계에 위치한 가선에만 흐르도록 하여 차량이 이동하여도 플러스 극성의 전력이 차량 범위 밖으로 노출되지 않도록 하기 위함이다. P-GL을 버스에 적용한 모습을 제시하였다(도 5 참조).

가선과 가선의 사이에 단절부분이 존재하여 전력 공급이 순간적으로 중단되는 우려가 있지만 자체 밧터리(회생전력저장장치와 겸용)와 커패시턴스(Condenser)및 아크(Arc)방지장치로 보완하고(500), 차량이 다음 블록의 1/2 지점을 지날 때 Panto의 출력 단자의 극성이 바뀌는데(P-GL의 구조상 가선의 극성이 고정되어 있기 때문) 동일 극성 유지를 위한 제어가 필요하다(도 6 참조). 가선과 가선의 단절부분의 원활한 기계적 접촉 유지 등은 L-GL방식과 유사하다.

3. 기초 데이터 공급

본 발명은 Guide Line의 전력공급 기능 외에도 차량의 운전에 필요한 데이터 제공 기능을 포함한다. 즉. 차량이 Guide Line중심으로부터 벗어난 정도의 "편차 측정(610)", 블록내 차량의 위치·속도 등을 정확히 산출할 수 있는 "타이밍 마크(620)"에 관한 것으로써 이들로부터 얻은 기초자료는 자동운전, 정위치 정차, 변속구간에서 속도 조정 등에 활용될 수 있다(도 7 참조).

"타이밍 마크”란 블록을 일정간격으로 나누어 광학적 또는 기계적 장치를 해놓는 것을 말한다.

"편차측정”은 Pickup장치의 고정부분인 터미널 및 판토와 이동부분인 Line 및 Catenary와의 현재 접촉점과 터미널 또는 판토의 중심점과의 벗어난 정도를 측정하는 것으로, 이들 장치에 일정간격으로 터미널 또는 판토에는 발광소자로써 LED 등(610)을, 라인 및 가선에는 수광소자로써 Photo Sensor 등(620)을 설치하고 LED의 각 위치별 고유 데이터를 광센서가 수신하는 구조로 되어 있다.

"차량의 속도”는 Line과 가선의 타이밍 마크를 카운트한 후 단위시간으로 나누어 산출한다.

본 발명을 이용한 교통 수단 및 시설 등이 갖는 주요 효과는 다음과 같다. Guide Line 자체로서는 독립적으로 어떤 효과를 갖지 않지만 이를 이용한 새로운 교통시스템 도입의 기반이되고 기존 교통시스템의 효과나 기능을 개선할 수 있다.

첫째, (사업성 전환) 이제까지 BC가 충분하지 않은 사업도 본 발명을 적용함으로써 경제적 타당성이 확보된다. 도로 등 기존의 시설을 최대한 공유하고 대량 생산의 이익을 갖는 버스 등 대부분 수단의 생산 공정을 그대로 활용하므로 수제작(手製作)한 도시철도나 노면전차는 원가 등 모든 면에서 본 발명을 이용한 새로운 교통시스템과는 경쟁 자체가 되지 않는다. 한 예로, 기존 도시철도 등은 전차선 지지대를 약 50m간격으로 전체 노선에 가선과 함께 설치하여 전력을 공급하기 때문에 편성당(고속 철도 400m = 20량 ＊ 20m/량, 도시철도 200m = 10량량 ＊ 20m/량) 필요한 전차선 지지대는 4개 내지는 8개 이상이 소요된다. 그러나 본 발명 L-GL의 경우에는 200m 내지는 400m당 전력공급 지지대와 터미널만 있으면 되고 이동불록 전력제어로 인하여 전력 시설 용량 등을 줄일 수 있기 때문에 원가를 낮출 수 있다.

실제로 지하철의 최소 건설비가 Km당 1,000억원 이상, 경전철의 경우 400억원~600억원, 트램의 경우 150억원이 소요되는 것으로 연구조사(2010사업지구내 신교통시스템 도입방안 연구, 토지주택연구원)되고 있지만, 본 발명을 적용한 버스를 새로운 교통시스템에 투입할 경우 건설비가 약 50억원, 차량 가격도 약 6억원밖에 소요되지 않아 기존 경전철이나 트램보다 훨씬 사업비가 적게 들어 사업성이 많이 개선 된다(도시철도 양당 25억원, 본 발명 3량 1편성 기준 약 6억원/3량 미만 소요).

둘째, (친환경 교통수단 구축과 안전도 제고) 버스 등 교통수단에 전기에너지를 사용하게 함으로 가능하다. 자동차의 배기가스, 소음·진동 등 공해로부터 자유롭고, 도심 도로상에 거미줄 같은 가선을 설치하지 않아도 되므로 환경을 보호하고 자연이 주는 정서를 오히려 시민에게 더 많이 제공하게 함으로써 삶의 질을 개선할 수 있다. 따라서 현재의 전기철도는 점차적으로 안전도가 높은 L-GL로 교체되어야 할 것이다. 이동블록 전력제어는 경관 개선 외에도 전기적 안전를 획기적으로 높일 수 있기 때문이다.

셋째, (이용에 편리) 본 발명을 이용하면 버스와 지하철 등의 장점을 가진 새로운 교통시스템을 구현할 수 있다. 일반 도로를 공유하므로 승강장 등에 접근성이 좋고 편성의 신축성은 이용자 및 운영기관 모두에 폭넓은 선택을 제공한다. 정밀한 전자적 제어가 가능하므로 다른 수단에 비해 승차감이 좋고 정확한 속도와 거리 측정으로 정위치 정차 및 정시성을 많이 개선할 수 있다.

"차량 편성의 신축성"이란, 피크 시간대에는 많은 차량을 편성으로 구성하고 그렇지 않는 경우에는 차량 수를 줄여 구성함으로서 운영경비를 절감할 수 있을 뿐더러 운행 시격은 동일하므로, 예측가능성 확보로 매우 편리하게 이용할 수 있는 교통수단이 된다.

넷째, (유지보수 등 운영의 경제성) 기존 철도시스템은 사용하는 전기적 부품도 고압(25,000Volts)에 견디는 고가(高價)의 특수 부품이어야 한다. 특수부품은 시장성이 없고 수급이 원활하지 못할 뿐더러, 고압 등으로 인한 전력제어도 쉽지 않아 사고 대처나 유지보수 작업 등이 불편하다. 그러나 본 발명을 적용하면, 블록 단위로 전력을 제어하므로 전력 등 시설 용량이 적어도 되고 사고시 대처나 유지보수 작업이 편리하다.

예를 들면, 본 발명에 의한 가선의 전력 용량은 1 블록 1차량 기준으로 산정되므로 차량 1대의 모터 용량이 300KWH라면 이에 견딜 수 있는 부품을 사용하면 된다. 그러나 기존 전기철도의 경우, 블록(변전소 구간 약40Km)에 동시 투입될 수 있는 차량의 최대 운용 대수가 50대(편성)라면 15,000KWH에 맞는 용량과 고전압(25,000Volts)에도 견딜 수 있는 특수한 부품을 사용하여야 한다. 반면 GL방식은, 일반적으로 시중에 공급되는 제품을 사용하기 때문에 가격 면에서도 품질면에서도 수급의 원활성 등 여러 면에서도 기존 시스템에 비하여 훨씬 유리하다.

(도 1) 이동 블록 전력 제어 프로세스
(도 2) IGBT의 구조 특성
(도 3) L-GL 적용 예
(도 4) L-GL Line and Terminal Process
(도 5) P-GL을 버스 2량 1편성에 적용
(도 6) 단절구간 및 동일 극성유지 대책
(도 7) 기초 운행 데이터 수집 프로세스
(도 8) L-GL을 적용한 고속철도와 기존 고속철도의 비교

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면을 참조하여 설명한다.

(도 1)은, 이동블록 방식의 전력 공급 프로세스를 나타내고 있다(100).

① Virtual Guide Way System이 차량의 ID, 정시운행 여부 등의 정보와 함께 다음 블록 전력제어기에 전력 공급 요구(110)하면,

② 전력공급 요청을 받은 전력제어기는 자신의 블록에 차량이 존재하는지, 위험한 요소가 있는지 등 세부 항목을 체크한 후 승락의 메세지를 리턴(120)한다.

③ 차량이 이동하여 이동전력공급확인 센서 구간을 통과(130). 센서는 차량의 진입 검지로 On신호를, 통과가 완료 되면 Off신호를 전후 블록의 전력제어기에 보낸다.

④ 블록 전력공급 조건 최종확인(140), 최종 확인전(確認前))(이동전력공급확인 센서 구간)에는 시스템관리자나 컨트롤 센터에서 전력 공급을 취소할 수 있는 비상시 특권을 보유하고 있다.

⑤ 블록내 전력 공급(150)

(도 2)는 IGBT의 구조 및 특성을 나타내고 있다(200). IGBT제조사인 페어차일드의 제품 특성을 인용하였으며 게이트 전압(210)에 따라 콜렉터의 전류 (220,230)가 단속됨을 알수 있다. 현재 IGBT는 전동차의 Inverter에 사용중이다.

(도 3)은, L-GL을 적용한 4량1편성 버스의 모습을 보여주고 있다.

Line이 차상에 2열로 배치되어 있고 편성의 앞 뒤 양 끝 라인은 터미널에 중첩 연결되어 있는 형태이다(310). 철도는 레일 자체가 공통어스이기 때문에 차상에는 1열의 Line만을 배치하면 된다. L-GL은 Line(361),터미널(370), 터미널 지지장치(310), 블록, 차량 또는 차량의 편성, 차량간 연결부(도 4의 351)으로 구분되어 있다.

블록은 차량 또는 편성 단위로 설정되어 있으며, 편성에 속한 차량의 Line의 길이의 합과 비슷하다. 고속철도의 경우 20량 1편성의 경우에 블록의 길이는 약 400m에 이르며 편성의 구성 단위가 크면 그 이상이 될 수도 있다. 차량 또는 편성이 위치한 블록은 이동블록 전력제어기를 통하여 전력이 공급되고 기타 블록은 차단된다.

(도 4)는 차량이 이동 특히, 고속으로 이동시 차상의 Line이 터미널과 접촉을 시작하게 된다(371). 이 때 두 장치가 정면으로 부딛치면 이론상 그 힘은 f = mυ²(차량 무게*속도의 제곱)에 해당한다. 따라서 힘을 분산시키기 위해 터미널을 호(Arc)모양으로 하고 Line의 양 끝을 약간 하향으로 휘게 하여 터미널과 Line이 원활히 슬라이딩(372) 하게 할 필요가 있다. Line이 Terminal과 진입각을 통해 접근하여 접촉하면(371) 터미널이 위로 밀처 올리는 압력을 받아 터미널을 지지하는 연결 막대(Terminal Arm) 2개(374,375)가 신축적으로 반응하며 회전축(376)을 중심으로 이루는 2개의 Terminal Arm이 이루는 각도도 변하게 하고(그러나 연결막대는 적절한 스프링으로 잡아당기고 있다), 터미널이 Line의 이동방향으로 회전(①→②→③)하게 하여 접촉 충격을 최대한 분산·완화시킨(372) 후, 뒤 다시 원상회복되도록 되어 있다(373).

Line(361)은 차상에 설치되어 있는 강구조물이다. 가선처럼 흔들릴 수 있는 약한 구조로 되어 있지 않다. 차량 한대에 설치되어 있는 Line도 수평이 이루어져야 하고 전(全) 차량(車輛)의 Line 또한 수평을 이루어야 하기 때문에 각 차량 상부에는 수평유지장치가 2개 부착(362)되며 유압 등 방법으로 작동시킨다. 수평유지의 검사는 CCTV, Laser를 활용하여 자동 조절되도록 한다.

터미널과 Line간의 원활한 접촉을 위해 Line의 양쪽 끝부분을 하향으로 곡선처리를 하고(371, 373) 차량간 Line이 일정부분 겹치도록 하며, 차량이 곡선 구간 등 주행시에도 Line의 중첩된 부분이 서로 저촉되지 않도록 일정간격을 유지하여 차량의 회전에도 수평유지와 부드러운 물리적 접촉이 이루어 질 수 있는 장치(351)를 한다. 이경우 Line과 Line의 전기적 연결은 Flexible Cable로 별도 연결한다.

L-GL이 고속철도 등에 유리한 것은 고속시 전력공급을 획기적으로 개선하는데 있다. 400Km/H 이상의 속도는 가선의 견고함과 수평유지 여부에 달려있다고 할 수 있을 정도로 매우 중요한 바, L-GL방식이 그 대안이 될 수 있다. 아크 방전의 우려는 편성의 앞·뒤 부분에 위치한 Line과 Terminal이 중복 접촉되어 있으므로 일어나지 않는다.

(도 5)는, Pantograph Type Guide Line를 버스 2량 1편성에 적용한 모습이다(400). P-GL의 구성요소는 가선(410)과 판토(420)로써, 차량 상부 공간에는 플러스극과 마이너스극의 전선을 직렬도 배치하며 버스 영역 밖에 노출되는 전선의 극을 항상 마이너스 극으로(530)하여 전기적 안전도를 높인다. 가선과 판토는 기존 전기철도에서 사용한 것과 다를 바 없으나, 가선 단절 구간(430)을 둔다. 차량 1대 또는 편성에 1개의 가선으로 2개의 전극 기능을 하도록 하여야 하기 때문이다. 또한 차량이 다음 블록의 1/2를 지날 때 Panto의 출력 단자 극성이 바뀌게 된다. Panto가 다음 블록으로 이동하면(540→541) 지상장치인 가선의 전기적 극성은 고정(542는 마이너스극성, 552는 플러스 극성)되어 있기 때문이다. 가선 지지대의 설치 간격은 현재의 기술 수준을 고려하여 약 50m로 설정한다. 그러나 블록은 차량 1대 또는 1편성의 길이로 하며 가선 지지대의 간격 내에 포함된다. 즉, 가선 지지대간의 간격은 50m로써 기존 전기철도의 경우와 같아 편성의 구성이 증가해도 그 간격(50m)은 고정되기 때문이다. 이 한계를 극복한 방법중 하나가 L-GL방식이다.

(도 6)는, 가선의 단절 구간 및 이로 인한 판토 출력단의 동일 극성 유지 대책에 관한 것이다(500). 단절구간은 극히 짧은 시간에 이루어지나 아크 방전이 일어날 수 있으므로 단절 구간 전후에 가선의 전류를 0로 감소시키는 대신 밧테리의 전류를 이에 대응하여 증가시켜 단절에 따른 전력을 충분히 공급하고 아크 방전을 방지한다(532, 552). 아크방전과 Panto 출력단의 동일극성 유지(560, 561, 570, 571, 580)를 위해서는 전력 스위칭 소자를 이용하여 해결(도 2)하며, 인버터는 회생전력을 생산하므로 이를 바로 밧테리(550)에 충전시킨다.

(도 7)은, 가이드를 위한 기초 데이터 수집 프로세스로 그 구조와 수집 방법에 관한 설명을 하고 있다. 차량이 정상적인 방향으로 이동중이라면 Line과 Catenary의 타이밍 마크인 Photo Cell Array중 하나(620의 ⓑ ⓒ)가 터미널이나 가선의 중앙(610의 4번 LED 셀)과 접촉을 유지하고 있어야 한다. 그렇지 않고 "도 6"에서 처럼 LED Array의 5번 셀과 접촉하고 있다면 차량의 위치와 방향이 정해진 궤도에서 "차량길이＊tanθ"만큼 우측방향으로 Bias되어 있다는 것을 의미이며, 동 상태가 차량의 이동과 함께 증가하여 LED Array Cell 7번에 이르면 허용범위를 벗어난 궤도 이탈로써 별도의 비상 조치를 하여야 한다.

차량의 속도는 기준시간 동안 LED를 Photo Cell이 카운트한 수와 Photo Cell Array의 배치간격을 곱하여 계산한다.

(도 8)은 기존의 전기철도와 L-GL방식을 적용한 전기철도를 대비시킨 모습이다. 후자의 경우 전차선이 없어지고 전차선 지지대도 편성당 2개만 있으면 되나 기존 KTX 등은 이를 아주 많이 설치해야 함을 보여주고 있다. 특히, 전차선이 없으므로 전력이 지상에 노출되지 않으며 차량의 편성이 위치한 터미널과 전차선 지지대외에는 전력이 차단되어 있어 경관이나 전기적 위험이 전혀 없음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 설명에서 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 본 발명의 범위는 설명된 실시에 국한되어 정해져서는 안 되며, 따라서 후술하는 특허청구 범위뿐만 아니라 이 청구 범위와 같은 것들에 의해 정해져야 한다. 가이드라인은 차량 또는 편성이나 설치 환경에 따라 형태가 바뀔 수 있고 고무바퀴 뿐만 아니라 철제차륜에도 적용할 수 있으며, 형체를 가지는 것 뿐만 아니라 프로세스나 로직도 포함되어야 한다.

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Claims (3)

1. (이동 블록설정에 이한 전력 제어 프로세스) 버스, 철도 등 교통수단 및 시설의 안전도와 경제적·효과적 전력공급을 위해, 노선에 일정 블록을 설정하고 동 블록의 이동을 통하여 차량 운행을 제어하는 것으로 블록설정, 반도체 소자를 통한 전력제어, 차량 운행제어 프로세스를 의미한다. 특히, 블록설정은 L-GL의 경우 편성단위로, P-GL의 경우 차량 및 편성 단위로 하되 전차선(가선)의 지지대 즉, 전주의 길이 범위내에 가선상(가선의 지탱·유지를 위한 보조선) 또는 가선 지지 전주 등에 설치하는 것을 포함한다.
2. (Line Type Guide Line 및 Pantograph Type Guide Line의 구조 및 집전 프로세스) L-GL 및 P-GL의 구조, 충격 완화 프로세스(슬라이딩 프로세스), 라인과 라인의 기계적 접촉, 전기적 안전도 확보 방안(마이너스극을 항상 차량 범위 밖의 가선에 공급하는 방법), 가선의 단절에 의한 아크 방지 및 수전단의 동일극성유지 Logic 등을 포함한다.
3. (기초 데이터의 획득 및 활용) 교통수단의 정시성 확보, 정위치 정차, 향후 자동운전 기반이 되는 차량 등 운행에 필요한 기초데이터를 수집·활용하기 위한 방법과 데이터의 구조 등을 의미한다. 차량이 가이드라인에서 벗어난 편차의 측정과 타이밍마크에 의한 차량의 정확한 속도·위치(거리) 예측 방법 및 이들 광송수신 과정에서 다중 통신 가능성을 포함한다. 즉, 광 송신장치로서 LED 등이 각각 위치에 해당하는 고유 위치 디지틀 데이터를 타이밍마크에 위치한 광 수신 장치로써 포토셀 등이 검색하는 것이다. 다중통신 가능성이란 이들 광 송수신 시간을 분할하여 다른 필요한 데이터를 포함시킬 수 있음을 의미한다.

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