KR20190090620A - 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법 - Google Patents

모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법 Download PDF

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Abstract

놀이동산 등에서 조망을 위한 관광객을 위해 야외에 마련되고, 비교적 고속으로 안정적인 운행이 가능하며 궤도 상부로 차량이 달리는 방식인 과좌식에 적용되는 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법에 관한 것으로, 레일 궤도 및 트로리바가 야외에 설치되며, 주행 모터에 의해 상기 레일 궤도 위로 주행하는 모노레일 차량에 적용되는 전력공급장치로서, 상기 레일을 따라 설치된 트로리바로부터 공급되는 메인 전원을 상기 주행 모터로 공급하기 위해 마련된 집전자, 상기 집전자와 병렬로 접속되어 상기 주행 모터에 전원을 공급할 수 있도록 마련된 배터리, 상기 집전자 또는 상기 배터리로부터의 전원을 상기 주행 모터에 공급하고, 상기 모노레일 차량이 브레이크되는 경우에는 상기 주행 모터가 발전기로 전환되어 발생되는 전기를 상기 집전자 및 상기 배터리로 공급하는 인버터 구성을 마련하여, 트로리바와 집전자의 전기적 접촉 불량에 의해 발생하는 스파크를 방지할 수 있다.

Description

모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법{Power supply system for monorail vehicle and control method thereof}
본 발명은 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법에 관한 것으로, 특히 놀이동산 등에서 조망을 위한 관광객을 위해 야외에 마련되고, 비교적 고속으로 안정적인 운행이 가능하며 궤도 상부로 차량이 달리는 방식인 과좌식에 적용되는 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법에 관한 것이다.
일반적으로, 모노레일(monorail)은 건설비가 저렴하고 디자인이 미려하고 승객조망권이 우수하여 승객의 다양한 요구를 충족할 수 있기 때문에 향후 도시의 미래 교통수단으로 각광받을 것으로 예상되며, 단궤도(궤도가 하나)인 철도로서, 콘크리트나 철제 빔으로 이루어져 있는 한 개의 궤도 거더 위를 고무타이어나 철륜이 달린 차량이 운행한다. 이러한 모노레일은 차량의 지지방식에 따라 궤도 상부를 열차가 달리는 방식인 과좌식과 열차가 궤도 하부에 매달려서 운행하는 방식인 현수식으로 나뉜다.
이 같은 모노레일은 도 1에 도시된 바와 같이, 지면에 고정되고 상단에 지지대(500)가 형성된 기둥부재(400), 상기 지지대(500)에 형성된 레일(R), 상기 레일(R)에 결합되어 동력을 발휘되는 구동장치, 상기 구동장치에 연결되며 사용자가 탑승하는 공간이 형성된 차량부(110)를 포함하고, 상기 차량부(110)의 이동속도를 제어하도록 구동장치를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다. 상기 차량부(110)는 운전자 또는 승객 등 모노레일의 사용자가 탑승하는 공간을 형성하는데, 차량부(110)는 전, 후, 좌, 우와 상부를 둘러싸는 커버부와 바닥면에 결합되어 고정되는 의자를 포함하여 구성된다.
한편, 모노레일 차량은 주행시 정차 및 감속 등을 위한 제동 장치가 필요하지만, 철도차량의 제동시스템을 그대로 적용하고 있다. 특히, 모노레일 시스템의 모노레일 상에는 통상적으로 모노레일을 따라 이동하며 관광객 등을 일정 구간으로 이송시키는 차량이 마련되며, 상기 차량에는 통상적으로 모터가 구비되며, 그 모터의 하부에는 상기 모노레일을 따라 이동하되 다수의 버튼부가 구비되는 컨트롤 장치가 구비된다.
이와 같은 컨트롤 장치는 모터의 속도를 제어하기 위해 통상적으로 인버터(inverter)가 내장되는데 그 인버터의 주회로 소자로는 전력용 트랜지스터(Power TR)와 IGBT를 주로 사용하게 된다.
예를 들어, 입력부에서 정격용량 이상의 전압이 인가되어야만 회로가 도통이 되는 제너다이오드(ZD)의 동작특성을 이용하여 대차주행구간을 속도별로 동작명령을 수행할 수 있는 구성이 알려져 있다. 즉, 제너다이오드의 정격용량을 저속시에는 ZD1(12Vdc), 중속시에는 ZD2(24Vdc), 고속시에는 ZD3(48Vdc)에서 주행이 가능하도록 병렬 연결한 다음, 모노레일에 24Vdc의 설정된 입력전압이 공급되면 3개의 병렬회로 중에서 제너다이오드 ZD1과 ZD2는 도통되어 각각의 트랜지스터(TR1)(TR2)를 구동시키고 이에 따라 해당 릴레이(RY1)(RY2)에 신호를 보내어 저속/중속으로 동작할 수 있도록 하며, 설정된 입력전압이 제너다이오드의 정격전압에 미치지 않는 ZD3(48Vdc)에는 동작이 되지 않게 구성된다.
이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 모노레일에서 기동되는 대차 사이의 거리정보를 입력하고, 상기 거리정보와 관련한 경보신호를 출력하고, 상기 모노레일 시스템을 수동으로 제어하기 위한 수동제어신호를 입력하기 위한 입출력포트들이 구비되어 있는 입출력 보드, 상기 모노레일로부터 입력되는 전압정보 및 상기 입출력 보드로부터 입력되는 상기 거리정보와 상기 수동제어신호를 처리하여 상기 대차를 기동하기 위한 기동제어신호를 출력하는 제어보드 및 외부전원을 상기 기동제어신호에 따라 변환하여 상기 대차에 장착된 구동모터에 공급하는 인버터를 포함하는 모노레일 시스템의 제어장치에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 도 2에 도시된 바와 같이, 지상 제어반(10)의 제어신호 및 구동전원을 공급받아 모노레일 상에서 모터의 구동력에 의해 이동하며 물품을 견인하여 정해진 구간으로 이송시키는 캐리어의 컨트롤 장치(200)에서, 컨트롤 장치(200)가 지상 제어반(10)의 부스바(booth bar)(12)로부터 콜렉터(210)를 통해 지상 제어반(10)으로부터 모터를 구동하기 위한 전원과 이동방향에 대한 제어신호 및 속도제어신호 등을 전송받게 되며, 상기 컨트롤 장치(200)가 모터의 속도를 제어하기 위한 인버터(inverter)(210), 각종 기능을 통합 제어 및 감시하는 제어판넬(220), 상기 제어판넬(220)로부터 감지된 고장신호 등을 코드(code)화하여 디스플레이하고 각종 조절을 수행할 수 있는 조작 및 디스플레이 판넬(230) 및 에러검출부(250)를 구비한 모노레일 시스템의 컨트롤 장치에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 3에는 모노레일 차량의 차량제어감시장치로부터 제동요구신호가 입력되면 전기신호를 발생하는 제동제어장치, 상기 제동제어장치에서 출력되는 전기신호를 공기신호로 변환하는 제동작동장치, 상기 제동작동장치에서 출력되는 공기신호를 유압신호로 변환하는 공전변환장치, 상기 공전변환장치에서 변환 출력된 유압신호에 의해 마찰제동을 수행하는 유압실린더로 구성되는 모노레일 차량용 공유압 제동 장치에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1035656호(2011.05.12 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0894261호(2009.04.14 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1584325호(2016.01.05 등록)
그러나, 모노레일이 야외에 설치된 경우, 특히 겨울에 눈이나 얼음이 트로리바에 묻어있어 트로리바와 집전자 사이의 전기 접촉이 불량하게 되고, 뿐만 아니라 트로리바에 먼지나 오물이 묻어 있는 경우에도 전기 접촉이 불량하게 되어 스파크가 발생하며, 이 스파크에 의해 트로리바와 집전자의 접촉면이 손상되어 전기적 접촉이 더욱 나빠지게 된다는 문제가 있었다.
따라서, 야외에 설치된 관광용 모노레일은 동절기(12월∼2월)에 운행하지 못하고 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 놀이동산 등에서 조망을 위한 관광객을 위해 야외에 설치된 관광용 모노레일을 기상 조건에 관계없이 운행할 수 있는 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 주행 모터를 발전기로 활용하여 배터리를 충전할 수 있는 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치는 레일 궤도 및 트로리바가 야외에 설치되며, 주행 모터에 의해 상기 레일 궤도 위로 주행하는 모노레일 차량에 적용되는 전력공급장치로서, 상기 레일을 따라 설치된 트로리바로부터 공급되는 메인 전원을 상기 주행 모터로 공급하기 위해 마련된 집전자, 상기 집전자와 병렬로 접속되어 상기 주행 모터에 전원을 공급할 수 있도록 마련된 배터리, 상기 집전자 또는 상기 배터리로부터의 전원을 상기 주행 모터에 공급하고, 상기 모노레일 차량이 브레이크되는 경우에는 상기 주행 모터가 발전기로 전환되어 발생되는 전기를 상기 집전자 및 상기 배터리로 공급하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치에서, 상기 트로리바와 상기 배터리에서 공급되는 전압은 DC 48V이하이고, 상기 인버터는 IGBT를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치에서, 상기 모터는 3상 33V 유도전동기 또는 3상 48V BLDC 모터인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급방법은 레일 궤도 및 트로리바가 야외에 설치되며, 주행 모터에 의해 상기 레일 궤도로 주행하는 모노레일 차량에 전력을 공급하는 방법에 있어서, (a) 상기 트로리바에 DC 48V 이하의 메인 전원을 공급하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서의 트로리바의 전원에 의한 상기 모노레일 차량의 주행 과정에서 트로리바와 집전자의 접촉면에서 스파크가 발생하면 배터리로부터 전력을 공급하는 단계, (c) 상기 단계 (a)에서의 트로리바로부터 공급되는 전원을 차단 후 상기 주행 모터가 발전기의 기능으로 전환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급방법에서, 상기 단계 (c)에서 트로리바로부터 공급되는 전원의 차단은 인버터의 IGBT에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법에 의하면, 집전자와 병렬로 접속된 배터리를 마련하는 것에 의해 트로리바와 집전자 사이의 전기적 접촉 불량에 의해 발생하는 스파크를 방지할 수 있어 트로리바와 집접자의 접촉면의 부식이나 손상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법에 의하면, 인버터의 IGBT를 사용하여 차량이 브레이크가 걸리거나 차량이 하강할 때, 주행 모터를 발전기의 기능으로 전환하여 배터리를 충전할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법에 의하면, 트로리바 전원으로서 DC 48V의 저전압을 공급하기 때문에 기존의 3상 380V를 사용하는 모노레일 차량보다 안전하게 운행을 할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 일반적인 퍼스널 모노레일을 나타낸 사시도,
도 2는 도1 에 도시된 모노레일 시스템의 제어 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치의 블록도,
도 4는 도 3에 도시된 차량 제어부를 나타내는 블록도,
도 5는 모노레일 차량용 전력공급장치의 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 7은 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치가 적용된 모노레일 차량의 일 예를 나타내는 사진.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
먼저 본 발명의 개념에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법은 야외에 설치되는 모노레일에 적용된다.
본 발명에 따른 전력공급장치에서는 DC 48V를 공급되는 트로리바(trolley bar)에 집전자가 접촉되어 전력을 공급받아 모노레일 차량을 운행한다. 또 모노레일 차량이 평지를 운행할 때에는 트로리바를 통해 20～30A 정도가 흐르고, 상승 운행할 때에는 50～100A 정도가 흐르며, 하강 운행할 때에는 주행 모터가 발전기로 변환되므로 역으로 30～40A정도가 흐르게 된다.
그러나, 모노레일이 야외에 설치된 경우, 특히 겨울에 눈이나 얼음이 트로리]바에 묻어있어 트로리바와 집전자 사이의 전기 접촉이 불량하게 되고, 뿐만 아니라 트로리바에 먼지나 오물이 묻어 있는 경우에도 전기 접촉이 불량하게 되어 스파크가 발생한다. 이 스파크에 의해 트로리바와 집전자의 접촉면이 부식되거나 손상되어 더욱 전기적 접촉이 나빠지게 된다. 따라서 야외에 설치된 관광용 모노레일은 동절기(12월∼2월)에는 운행하지 못하고 있다.
본 발명에서는 상술한 바와 같은 스파크의 발생을 방지하도록 모노레일 차량에 메인 전원과 병렬로 배터리를 장착한 것이다. 이와 같은 배터리의 전압은 특정하지는 않지만, 트로리바와 집전자 사이의 전기 접촉 불량에 따른 스파크의 발생을 방지할 수 있을 정도의 시간동안만 전력을 공급할 수 있는 정도이면 충분하다. 이러한 정도의 배터리 용량은 24V나 48V인 경우 30 Ah 이상 120Ah 이하 정도의 소용량이면 된다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치의 블록도이다.
본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 지상 제어반(10), 모노레일을 따라 설치된 버스바(Bus bar; 50) 형태인 트로리바 및 야외에 운행하는 모노레일 차량부(110)를 포함하는 모노레일 시스템에 적용된다.
상기 지상 제어반(10)은 모노레일 차량부(110)를 구동하는데 필요한 메인 전원 및 모노레일 차량부(110)의 주행 속도를 고속, 중속, 저속 및 정지 중 어느 하나로 제어하기 위한 속도 명령을 모노레일을 따라 설치된 버스바(50)로 인가한다. 즉, 지상 제어반(10)은 각각의 주행 속도에 상응하여 속도 명령의 신호 레벨이 설정된 전압을 갖도록 생성하여 버스바(50)로 인가하게 된다. 예를 들어, 지상 제어반(10)은 모노레일 차량부(110)를 고속으로 주행시키는 경우 예를 들어, 48[VDC] 전압 레벨을 갖는 속도 명령을 출력하고, 중속으로 주행시키는 경우 24[VDC] 전압 레벨을 갖는 속도 명령을 출력하고, 저속으로 주행시키는 경우 12[VDC] 전압 레벨을 갖는 속도 명령을 출력하고, 정지 또는 하강하는 경우 메인 전원의 공급을 차단하도록 버스바(50)로 인가하게 된다. 상술한 바와 같이 지상 제어반(10)은 배전기기(미도시)에서 공급되는 메인 전원과 내부에서 생성된 속도 명령이 단자박스(121)를 통하여 버스바(50)로 인가하도록 제어한다.
상기 버스바(50)는 모노레일에 구속되어 레일 경로를 따라 고정되어 설치된다. 이 버스바(50)는 도 3에 도시된 바와 같이, DC 48V의 메인 전원을 공급하기 위한 전원 라인(R)과 속도명령을 전달하기 위한 통신라인(CT, CM)으로 이루어진다.
상기 모노레일 차량부(110)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 차량부(110)의 외부에 고정되어 설치된 집전자(111), 상기 집전자(111)로 공급되는 트로리바 전원과 병렬로 연결되는 배터리(112), 집전자(111)와 배터리(112)에 연결된 차량 제어부(113), 모노레일 차량의 주행 상태를 나타내는 표시 램프(115), 차량의 상태 즉, 다른 모노레일 차량과의 접근 및 접촉을 감지하거나, 정차 위치를 감지하는 감지 센서(116)가 마련된다.
상기 집전자(111)는 모노레일 차량부(110)의 외부에 고정되어 설치되며, 모노레일 차량부(110)가 주행하면 버스바(50)와 접촉한 상태로 모노레일 경로를 따라 이동할 수 있도록 설치된다. 즉, 집전자(111)는 모노레일 차량의 주행경로를 따라 레일을 이동하면서 버스바(50)로 인가되는 DC 48V의 메인 전원과 속도 명령을 집전하여 모노레일 차량부(110)로 공급하게 한다. 따라서 모노레일 차량은 버스바(50)와 집전자(111)를 통하여 공급되는 메인 전원을 공급받아 각각의 구성 요소에 구동 전압을 제공하고, 속도 명령에 상응하는 주행 속도로 주행하게 된다.
상기 배터리(112)는 집전자(111)에서 트로리바로부터 공급되는 메인 전원과 병렬로 소용량의 전원으로서 공급하며, 충전 가능하게 마련되고, 예를 들어 메인 전원 전압과 동일하게 DC 48V를 공급하도록 마련될 수 있다. 이 배터리(112)는 모노레일 차량의 운행시 트로리바와 집전자(111)의 전기적 접촉 불량에 따라 스파크가 발생되는 경우에 전력을 공급하게 되므로 트로리바와 집전자 사이에서 발생되는 스파크를 방지하게 된다. 또 모노레일 차량이 브레이크 상태 또는 하강하는 경로로 주행시, 주행 모터(114)는 발전기의 기능을 갖고, 주행 모터(114)에서 발생한 전력은 인버터를 통해 집전자(111) 및 배터리(112)로 공급된다.
차량 제어부(113)는 집전자(111)를 통하여 공급되는 메인 전원 및 속도명령과 배터리(112)로부터 공급되는 보조 전원을 공급받아, 주행 모터(114)로 공급되는 공급 전압의 주파수 특성을 제어하여 주행 모터(114)의 속도를 제어한다. 또한, 차량 제어부(113)는 지상 제어반(10)으로부터 공급되는 제어 신호들에 기초하여 표시 램프(115) 및 감지 센서(116)를 제어하도록 구현된다.
상기 주행 모터(114)는 집전자(111) 또는 배터리(112)로부터 전원을 공급받아 모노레일 차량을 주행시키는 바퀴 등을 구동하기 위해 마련되며, AC 3상 33V 유도전동기 또는 3상 48V BLDC 모터를 사용할 수 있다.
상기 표시 램프(115)는 다수의 램프로 구성되고, 각각의 램프들의 점등을 통하여 전차반의 주행 상태 및 이상 유무를 표시할 수 있다.
상기 감지 센서(116)는 초음파 센서, 근접 센서 또는 광전 센서 등을 적용하며, 차량 제어부(113)는 감지 센서(116)로부터의 감지신호에 따라 주행 모터(114)를 제어하여 정지시키거나 주행 속도를 조절할 수 있도록 한다.
다음에 차량 제어부에 대해 도 4 및 도 5에 따라 설명한다.
도 4는 도 3에 도시된 차량 제어부를 나타내는 블록도 이고, 도 5는 모노레일 차량용 전력공급장치의 회로도이다.
차량 제어부(113)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전원 차단부(1131), 인버터(1132), 전압 판별부(1133) 및 PLC(Program logical controller; 1134)를 포함할 수 있다. 또한, 차량 제어부(113)는 표시 램프(115)와 감지 센서(116)에 직류전압을 공급하기 위한 직류전원 공급장치를 포함할 수도 있다.
상기 전원 차단부(1131)는 집전자(111)의 출력단 및 배터리(112)의 일단과 인버터(1132)의 입력단 사이에 설치되어, 부하에 과전류 및 이상전압 발생시 차단되어, 전원공급을 중지함으로써 선로 및 기기들을 보호하기 위해 마련된다.
상기 인버터(1132)는 사이리스터(Thyristor), GTO(gate turn off), 파워트랜지스터(power transistor) 또는 IGBT(insulated gate bipolar transistor)의 스위칭 소자를 구비하며, 본 발명에서는 IGBT를 사용한다. 즉 본 발명에서는 인버터(1132)로 IGBT를 사용하여 모노레일 차량에서 브레이크가 걸리거나 주행 모터(114)의 동기 속도보다 빠르면(차량이 하강할 때) 주행 모터(114)가 발전기의 작용을 하며 브레이크 역할을 하게 되며, 이때 발생되는 전기는 인버터(1132)를 통해 집전자(111)의 레일 전원 및 배터리(112)의 충전 전원으로 공급하게 한다.
또 인버터(1132)는 PLC(1134)로부터 입력되는 속도 제어신호에 기초하여 집전자(111)를 통하여 공급받은 메인 전원을 설정된 주파수 특성으로 변환하여 주행 모터(114)로 공급한다. 즉, 인버터(1132)는 고속, 중속 또는 저속 중 어느 하나에 대응하는 상응하는 속도 제어신호를 수신하고, 각각의 속도 제어신호에 대응하여 AC 3상 33V 또는 48V 등 전압의 미리 설정된 주파수 특성(0∼140Hz)으로 변경하여 주행 모터(114)로 공급함으로써 주파수 변화에 따라 주행속도를 제어하게 되는 것이다. 또한, 인버터(1132)는 PLC(1134)로부터 정지신호가 입력되는 경우 주행 모터(114)로의 전원공급을 차단하여 주행이 정지되도록 한다. 즉 본 발명에 사용되는 인버터(1132)는 주행 모터(114)의 종류 및 발전 기능에 따라 DC-AC 또는 AC-DC, DC-DCC의 컨버터 기능을 구비하도록 마련된다.
전압 판별부(1133)는 집전자(111)를 통하여 수신되는 속도 명령의 전압레벨을 판단하고, 그 판단 결과에 기초하여 속도정보를 PLC(1134)로 제공한다. 예를 들어, 전원 판별부(1133)로 전송되는 속도 명령의 전압레벨이 12[VDC], 24[VDC] 또는 48[VDC] 중 어느 하나인지 여부를 판단하여 그 정보를 PLC(1134)로 출력한다.
PLC(1134)는 전원 판별부(1133)로부터 입력되는 속도정보에 기초하여 주행 모터(114)를 제어하기 위한 속도제어신호를 인버터(1132)로 출력한다. 즉, PLC(1134)는 전원 판별부(1133)로부터 입력되는 속도정보에 기초하여 주행 모터(114)를 고속, 중속, 저속, 정지 중 어느 하나로 구동하기 위한 속도 제어신호를 인버터(1134)로 출력한다. 또한, PLC(1134)는 감지 센서(116)로부터 출력되는 감지신호에 기초하여 주행 모터(114)를 정지시키기 위한 정지 신호를 인버터(1132)로 출력하도록 한다.
또한 도 4에서는 전원 인버터(1132)를 별도의 구성으로 나타내었지만, 전원 차단부(1131)의 기능을 인버터(1132)에 포함시키는 경우, 전원 차단부(1131)는 생략 가능하다.
본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 모노레일 차량부(110)에 배터리(112)를 마련하고, 이 배터리(112)를 레일로부터 입력되는 집전자(111)의 전원과 병렬로 연결시켜줌으로써, 트로리바(50)와 집전자(111)와의 전기적 접촉 불량에 의해 스파크가 발생하는 경우, 모노레일 차량에 마련된 배터리(112)에서 공급되는 전압에 의해 트로리바와 집전자(111) 사이에서 스파크가 발생되지 않으므로, 동절기(12월∼2월)에도 모노레일 차량을 정상적으로 운영할 수 있다.
다음에 본 발명에 따라 모노레일 차량에 전력을 공급하는 과정에 대해 도 6에 따라 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급과정을 설명하기 위한 흐름도 이다.
먼저, 모노레일 차량부(110)는 지상 제어반(10)으로부터 모노레일 차량의 운행 명령이 전송될 때까지 대기 상태로 유지된다.
지상 제어반(10)으로부터 단자 박스(12)와 버스바(50)를 통해 메인 전원(DC 48V)이 공급되고(S100), 메인 전원은 집전자(111)에서 집전되고 인버터(1132)를 경유하여 주행 모터(114)를 구동하는 것에 의해 모노레일 차량이 레일을 따라 운행된다.
모노레일 차량의 운행 과정에서 버스바 형태의 트로리바(50)와 집전자(111)의 접촉면에서 먼지나 오물(눈, 얼음 등)이 존재하게 되면(S120), 배터리(112)의 전원으로 집전자(111)에 공급되므로 스파크의 발생을 저지하면서 모노레일 차량이 계속 운행을 하게 된다.
상기 단계 S120에서 먼지나 오물(눈, 얼음 등)이 없으면, 모노레일 차량은 계속 운행을 하고, 차량이 하강하여 동기 속도 이상이 되어 브레이크 상태가 되면(S140), 주행 모터(114)는 발전기의 기능으로 전환되고, 주행 모터(114)에서 발생된 전기는 집전자(111)와 배터리(112)로 공급되어 배터리(112)의 충전 동작이 실행된다(S150). 상기 동기 속도에 대해서는 차량 제어부(113)에 의해 감지되거나 또는 지상 제어반(10)에서 설정된 운행 조건에 의해 판단할 수 있다. 또 상기 설명에서는 차량이 하강하여 동기 속도 이상인 경우를 설명하였지만, 인버터(1132)를 통해 모노레일 차량에 브레이크가 걸려 주행 모터(114)에 트로리바의 전원이 공급되지 않는 경우에도 주행 모터(114)는 발전기의 기능을 갖게 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치가 적용된 모노레일 차량의 일 예는 도 7에 도시된 바와 같다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 모노레일 차량용 전력공급장치 및 전력공급방법을 사용하는 것에 의해 트로리바와 집전자 사이의 전기적 접촉 불량에 의해 발생하는 스파크를 방지할 수 있다.
110 : 모노레일 차량부
111 : 집전자
112 : 배터리
113 : 차량 제어부
1132 : 인버터

Claims (5)

  1. 레일 궤도 및 트로리바가 야외에 설치되며, 주행 모터에 의해 상기 레일 궤도 위로 주행하는 모노레일 차량에 적용되는 전력공급장치로서,
    상기 레일을 따라 설치된 트로리바로부터 공급되는 메인 전원을 상기 주행 모터로 공급하기 위해 마련된 집전자,
    상기 집전자와 병렬로 접속되어 상기 주행 모터에 전원을 공급할 수 있도록 마련된 배터리,
    상기 집전자 또는 상기 배터리로부터의 전원을 상기 주행 모터에 공급하고,
    상기 모노레일 차량이 브레이크 되는 경우에는 상기 주행 모터가 발전기로 전환되어 발생되는 전기를 상기 집전자 및 상기 배터리로 공급하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노레일 차량용 전력공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트로리바와 상기 배터리에서 공급되는 전압은 DC 48V 이하이고,
    상기 인버터는 IGBT를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노레일 차량용 전력공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 3상 48V 이하의 유도전동기 또는 BLDC 모터로서, 상기 집전자 또는 상기 배터리로부터의 공급되는 전원이 3상 48V 이하의 전압으로 변환되어 상기 모터에 공급하는 것을 특징으로 하는 모노레일 차량용 전력공급장치.
  4. 레일 궤도 및 트로리바가 야외에 설치되며, 주행 모터에 의해 상기 레일 궤도로 주행하는 모노레일 차량에 전력을 공급하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 트로리바에 DC 48V이하의 메인 전원을 공급하는 단계,
    (b) 상기 단계 (a)에서의 트로리바의 전원에 의한 상기 모노레일 차량의 주행 과정에서 트로리바와 집전자의 접촉면에서 전기 접촉 불량이 발생하면 배터리로부터 전력을 공급하는 단계,
    (c) 상기 단계 (a)에서의 트로리바로부터 공급되는 전원을 차단 후 상기 주행 모터가 발전기의 기능으로 전환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노레일 차량용 전력공급방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서 트로리바로부터 공급되는 전원의 차단은 인버터의 IGBT에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 모노레일 차량용 전력공급방법.
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