KR20210035818A - 레일 차량을 위한 전류를 획득하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

레일 차량을 위한 전류를 획득하기 위한 장치는, 전력 레일과 접촉하도록 되어 있는 패드, 프레임, 및 이 프레임을 패드에 기계적으로 또한 전기적으로 연결하는 전기 전도성 아암을 포함한다. 획득 장치는 아암에 가해지는 기계적 힘을 측정하기 위한 장치를 포함한다. 이 장치는, 아암과 접촉하고 전기적 격리 구조물의 내부에 통합되는 스트레인 센서(56)를 포함하고, 그래서 스트레인 센서는 아암으로부터 전기적으로 격리된다. 격리 구조물은 접착제 층(52) 및 이 접착제 층을 덮는 세라믹 층(54)을 포함한다. 스트레인 센서는 세라믹 층에 배치된다.

Description

레일 차량을 위한 전류를 획득하기 위한 장치

본 발명은 레일 차량을 위한 전류를 획득(capturing)하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 양태는 또한 이 획득 장치를 포함하는 레일에 관한 것이다.

차량이 이동하는 트랙을 따라 있는 제3 레일과 같은 외부 공급 장치에 의해 전기를 공급 받기에 적합하며 전기적 견인을 갖는 레일 차량이 알려져 있다. 이러한 차량은 일반적으로 이 전력 레일로부터 전류를 모으기 위한 획득 장치를 포함한다.

획득 장치는, 레일과 접촉하고 아암에 의해 프레임에 연결되는 패드를 포함한다. 전형적으로, 그 아암은 전기 전도성을 가지며 패드에 의해 채취된 전류를 전달할 수 있다.

이들 획득 장치의 한 단점은, 차량이 이동할 때, 예컨대, 트랙 상의 장애물과의 충돌로 인해 아암이 변형(또는 파단)될 수 있다는 것이다. 아암이 전기 전도성을 가지고 있을 때, 차량이 적시에 정지되지 않는다면 그러한 변형(또는 파단)은 단락(short-circuit) 또는 탈선의 위험을 초래할 수 있다.

그러므로, 이들 단점을 해결하는, 레일 차량을 위한 전류를 획득하기 위한 장치가 필요하다.

이를 위해, 본 발명은 레일 차량을 위한 전류를 획득하기 위한 장치에 관한 것으로, 이 획득 장치는,

- 전력 레일과 접촉하도록 되어 있는 패드;

- 프레임;

- 프레임을 패드에 기계적으로 또한 전기적으로 연결하는 전기 전도성 아암을 포함하고, 아암은 패드가 장착되는 지지 부분에 프레임을 결합하는 중앙 부분을 포함한다.

획득 장치는 아암에 가해지는 기계적 힘을 측정하기 위한 장치를 포함하며, 측정 장치는 전기적 격리 구조물의 내부에 통합되는 스트레인 센서를 포함하고, 그래서 스트레인 센서는 아암으로부터 전기적으로 절연되며, 격리 구조물은 수용 표면에 증착되는 접착제 층 및 이 접착제 층을 덮는 세라믹 층을 포함하고, 스트레인 센서는 세라믹 층에 배치된다.

측정 장치는 아암이 받는 기계적 힘의 실시간 측정을 가능하게 한다. 격리 구조물은, 스트레인 센서가 아암으로부터 전기적으로 격리될 수 있게 해준다.

모인 전류가 아암으로부터 측정 장치 쪽으로 누설되는 위험을 증가시킴이 없이, 센서가 아암에 가능한 한 가깝게 배치되므로, 측정 장치는 신뢰적인 측정을 가능하게 한다.

격리 구조물로 인해, 갈바닉 격리 회로를 사용할 필요가 없으며, 이러한 점이 유리한데, 왜냐하면, 그러한 갈바닉 격리 회로의 추가는 획득 장치의 가격과 복잡성을 증가시킬 것이기 때문이다.

본 발명의 유리하지만 선택적인 양태에 따르면, 이 획득 장치는 단독으로 또는 기술적으로 허용 가능한 조합에 따라 고려될 때 다음과 같은 특징들 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.

- 측정 장치는 아암의 중앙 부분의 상측면에 장착된다.

- 측정 장치는 아암의 중앙 부분의 측면에 장착된다.

- 측정 장치는 스트레인 센서의 두 그룹을 포함하고, 센서의 각 그룹은 측정 회로와 관련되어 있고, 센서의 두 그룹은 중앙 부분의 동일 면에 장착되고 또한 프레임으로부터 서로 다른 거리에 배치된다.

- 프레임은 아암 지지부를 포함하고, 아암의 중앙 부분은 아암 지지부에 장착되는 중심 맞춤 핀을 수용하기 위한 오리피스를 포함하고, 아암은 와셔를 더 포함하고, 이 와셔는, 중심 맞춤 핀 주위에 장착되고 또한 아암의 중앙 부분과 아암 지지부 사이에 압축된 상태에서 오리피스에 적어도 부분적으로 수용되며, 그래서 아암은 와셔에 의해 아암 지지부에 안착되며, 측정 장치는 와셔의 외측 수용 표면에 장착된다.

- 측정 장치는 또한 스트레인 센서들 중 적어도 하나의 근처에 배치되는 온도 센서를 포함한다.

- 격리 구조물은 스트레인 센서를 덮는 수지 또는 바니시(varnish)로 만들어진 캡슐화 층을 더 포함한다.

- 접착제 층의 두께는 10 ㎛와 1 mm 사이에 있다.

- 세라믹 층의 두께는 0.05 mm와 3 mm 사이에 있다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 레일 차량을 위한 전류 획득 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 전술한 바와 같은 전류 획득 장치, 및 측정 장치에 연결되는 처리 유닛을 포함하고, 이 처리 유닛은 아암의 파단을 검출하며 그리고/또는 측정 장치로부터 오는 스트레인 측정치로부터 패드와 전력 레일 사이의 접촉력을 계산하도록 프로그램되어 있다.

단지 비한정적인 예로 제공되어 있고 첨부된 도면을 참조하는, 전류를 획득하기 위한 장치의 한 실시 형태에 대한 이하의 설명에 비추어, 본 발명은 더 잘 이해될 것이고 또한 그의 다른 이점이 더 명확하게 나타날 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 레일 차량을 위한 전류를 획득하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도 1의 전류를 획득하기 위한 장치의 일부분을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 도 1의 전류를 획득하기 위한 장치의 일부분을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 도 1의 전류를 획득하기 위한 장치를 구비하는 측정 장치를 단면도로 개략적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 도 1의 전류를 획득하기 위한 장치의 일부분을 개략적으로 나타낸다.
도 6은 도 2의 획득 장치의 일부분의 하측도를 개략적으로 나타낸다.
도 7은 레일 차량에 구비되고 도 1의 전류를 획득하기 위한 장치를 포함하는 장치된 시스템의 블럭도이다.

도 1은 레일 차량을 위한 전류를 획득하기 위한 장치(2)를 나타낸다. 이 장치(2)는 전력 레일로부터 전류를 모으기 위해 그 전력 레일과 상호 작용할 수 있다. 다음에 장치(2)는, 예컨대 레일 차량의 전기 견인 체인에 전력을 공급하기 위해 그 모인 전류를 레일 차량에 탑재되어 있는 전력 회로에 전달할 수 있다.

예에 따르면, 전력 레일은 레일 차량이 이동하는 철도 트랙을 따라 위치되는 제3의 레일이다.

도 1 및 2에 도시되어 있는 바와 같이, 장치(2)는 아암(4), 수집 패드(6) 및 아암(4)을 위한 지지부를 형성하는 프레임(8)을 포함한다.

패드(6)는, 전력 레일에 전기가 공급될 때 전력 레일로부터 전류를 채취하기 위해 그 전력 레일과 직접 접촉하도록 되어 있다.

패드(6)는 전기 전도성 재료, 바람직하게는 탄소 또는 탄소질 재료로 만들어진다.

도시되어 있는 예에서, 패드(6)는 사변형의 기부를 갖는 기다란 슬라브의 형태로 되어 있는데, 하지만, 일 변형예에서 그 패드(6)의 기하학적 구조는 전력 레일의 배치에 근거하여 적합하게 될 수 있다.

아암(4)은 패드(6)를 기계적으로 또는 전기적으로 프레임(8)에 결합한다. 바람직하게, 아암(4)은 강성적이다.

아암(4)은, 금속, 예컨대 구리 또는 알루미늄, 또는 구리-알루미늄 합금 또는 주철 또는 탄소질 합금과 같은 금속 합금과 같은 전기 전도성 재료로 만들어진다. 아암(4)은 패드(6)에 의해 모인 전류를 전달할 수 있다.

도 2는 아암(4)의 일 예를 등각 사시 상면도로 나타낸 것이다.

실시 형태에 따르면, 아암(4)은 중앙 주 부분(12) 및 패드(6)의 지지 부분(14)을 포함한다.

예컨대, 주 부분(12) 또는 중앙 부분은, 여기서는 직사각형 단면을 갖는 본질적으로 직선형 바아를 포함한다.

주 부분(12)은, 특히, 상측면(26), 하측면 및 측면(28)을 포함한다. 예컨대, 장치(2)가 장착된 구성으로 있을 때, 상측면(26)은 수평이고 측면(28)은 수직이다.

일 변형예에서, 중앙 부분(12)은 다른 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 바아는 원형 단면 또는 사다리꼴 단면을 가질 수 있다. 중앙 부분(12)은 또한 판 형상을 가질 수 있다.

지지 부분(14)은, 패드(6)와의 접촉면(16) 및 패드(6)의 체결 부재를 수용하기 위한 오리피스(18)를 포함하는 판을 포함한다. 패드(6)는 접촉면(16)에 체결되고 이 접촉면(16)과 접촉한다. 바람직하게는, 중앙 부분(12)과 지지 부분(14)은 일체적으로 형성된다.

지지 부분(14)은 주 부분(12)의 윈위 단부에 형성된다. 접촉면(16) 및 지지 부분(14)은 본질적으로 평평하고, 여기서는 주 부분(12)에 수직하게, 예컨대 수평으로 기다랗게 되어 있다. 지지 부분(14)의 형상과 배치는 전력 레일의 위치 설정에 달려 있다.

실제로는, 외부 전력 레일은 장치(2)가 장착되는 레일 차량의 길이방형 축선에 평행하게 연장되어 있으며, 그래서 패드(6)와 접촉면(16)은 전력 레일과 정렬되며, 주 부분(12)은 차량의 한 측면에 대해 돌출하여 수직하게 연장된다.

도시되어 있는 예에서, 장치(2)가 레일 차량에 장착되면, 접촉면(16)은 위쪽을 향해 있어, 예컨대 전력 레일의 정상부에 의한 획득 모드의 경우에 패드(6)가 전력 레일의 하측면과 접촉할 수 있게 해준다.

도시되어 있지 않은 변형예에 따르면, 접촉면(16)은 아래쪽을 향하고 있어, 예컨대 전력 레일의 정상부에 의한 획득 모드의 경우에 패드(6)가 전력 레일의 상측면과 접촉할 수 있게 해준다.

주 부분(12)은 또한 근위 단부(20)를 포함하며, 이 근위 단부에 의해 아암(4)이 프레임(8)에 부착되거나 연결된다. 예컨대, 단부(20)는 오리피스(24)를 포함하며, 이 오리피스는, 아암(4)을 프레임(8)에 체결하고 클램핑시키기 위해 스크류 또는 나사봉과 같은 체결 요소(34)를 수용하도록 되어 있다. 도 1에서는, 체결 요소(34)의 머리부만 볼 수 있다.

예에 따르면, 중앙 부분(12)은 근위 단부(20) 근처에 있는 굴곡 부분(22)을 포함한다.

도 1에서, 참조 번호 "36"은 프레임(8)에 속하는 아암 지지부를 나타내며, 이 아암 지지부는 여기서는 바아 형태로 되어 있다. 아암 지지부(36)는 아암(4) 밑에 위치되며 그 아암(4)이 지지부(36) 상에 안착될 수 있게 해준다.

실시 형태에 따르면, 아암 지지부(36)는 중심 맞춤 핀을 포함하는데, 이 핀은, 예컨대, 아암 지지부(36)와 일체적으로 되어 있으면서 그 아암 지지부(36)의 상측면으로부터 돌출해 있다. 아암(4)은 유리하게 수용 오리피스(38)를 포함하고, 아암(4)이 장착 구성으로 있을 때 중심 맞춤 핀이 그 수용 오리피스에 수용된다. 오리피스(38)는 여기서 중앙 부분(12)에서 예컨대 단부(20) 쪽에 형성되어 있다. 중심 맞춤 핀은 아암(4)의 변위 또는 우발적인 편심 발생을 방지할 수 있다.

장치(2)는 또한 채취된 전류를 모으는 전기 회로(10), 및 프레임(8)과 회로(10)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 보호 케이스(30) 또는 보호 밑판을 포함한다.

예컨대, 케이스(30)는 전기 절연 재료로 만들어진다.

예컨대, 회로(10)는 레일 차량에 내장되는 전력 회로에 연결되는 하나 또는 수개의 연결 단자를 포함한다.

그러므로, 패드(6)는 아암(4)에 의해 회로(10)에 전기적으로 연결됨을 이해할 것이다. 예컨대, 프레임(8)은 전기 전도성을 가지며 아암(4)의 단부(20)를 회로(10)에 연결한다. 한 예에 따르면, 회로(10)는 퓨즈(fuse)와 같은 전기 보호 장치를 포함한다.

사실, 일부 용례에서, 전도성 아암(4)의 사용은 격리 아암의 사용 보다 바람직한데, 왜냐하면, 격리 아암은 패드를 전기적으로 연결하기 위해 케이블 또는 버스바아형의 연결 바아와 같은 전용의 전도체의 추가를 또한 필요로 하기 때문이다.

선택적인 그리고 실례적인 예에 따르면, 프레임(8)은 아암(4)에 고정되는 가동 부분과 예컨대 케이스(30)에 고정되는 정지 부분 사이에 공유된다. 가동 부분은 여기서는 부분(14)의 길이방향에 평행한 수평 축선을 중심으로 회전하여 정지 부분에 대해 자유롭게 움직일 수 있다. 헬리컬 견인 스프링과 같은 하나 또는 수개의 스프링(32)이, 가동 부분을 다시 전력 레일과 접촉하는 위치로 보내기 위해 프레임(8)의 정지 부분과 가동 부분 사이에 연장되어 있다. 이로써, 장치(2)는 철도 트랙에 대한 전력 레일의 어떤 높이 변화도 허용할 수 있고 또한 전력 레일에 힘을 가하여 양호한 질의 전류 획득을 보장할 수 있다. 도시되어 있지 않은 일 변형예에서, 스프링(들)(32)은 피봇 링크 주위에 장착되는 비틀림 스프링으로 대체될 수 있다.

실제로는, 사용 구성에서, 장치(2)는, 예컨대, 보호 케이스를 레일 차량의 하측 부분에, 바람직하게는 레일 차량의 보기 대차(bogie) 또는 박스 바닥에 부착하여 레일 차량에 장착된다. 동일한 레일 차량은 이 차량의 전력 회로에 연결되는 수개의 장치(2)를 포함할 수 있다.

장치(2)는 아암(4)에 가해지는 기계적 힘을 측정하기 위해 측정 장치(40)를 포함한다. 이 측정 장치(40)는 아암(4)과 접촉하는 스트레인(strain) 센서를 포함한다.

예컨대, 스트레인 센서는 스트레인계라고도 하는 스트레인 게이지이다.

한 실례적인 예에 따르면, 각 스트레인 게이지는 전기 전도성 재료, 바람직하게는 금속 재료로 된 하나 또는 수개의 얇은 층을 포함한다.

예컨대 게이지가 배치되어 있는 표면이 변형됨으로 인해 그 게이지가 변형되면, 게이지의 탄성적 특성이 변하게 되는데, 그래서, 게이지를 통과하는 전류의 변화를 측정하여 그 게이지의 변형을 정량화할 수 있다.

바람직하게는, 스트레인 센서가 장치(2)의 아암과 접촉할 때, 그 스트레인 센서는 아암이 받는 50 N 이상 또는 100 N 이상 그리고 5000 N 이하 또는 3000 N 이하의 힘을 측정할 수 있다.

이러한 값의 범위는, 스트레인 센서가 아암의 변형(전형적으로는 1000 N 미만)을 측정하고 또한 그 아암의 파단(1000 N 보다 큰 파단 강도)을 검출할 수 있게 해준다.

예컨대, 1000 N 보다 큰 힘 값 범위에 대한 측정 장치(40)의 측정 한도는, 1000 N 미만의 힘 값 범위에 대한 측정 한도 보다 높다. 후자의 범위의 경우, 측정 한도는 바람직하게는 5% 미만 또는 2% 미만이다.

실시 형태에 따르면, 측정 장치(40)는 아암(4)에, 바람직하게는 중앙 부분(12)에 장착된다.

도시되어 있는 예에서, 장치(40)는 중앙 부분(12)의 상측면(26)에 장착되며, 그래서 상측면은 스트레인 센서를 위한 "수용 표면"을 형성한다 라고 한다. 그래서 스트레인 센서는 상측면(26)과 접촉한다.

예컨대, 본 개시에서, 장치(40)의 스트레인 센서가 이 표면에 장착될 때, 즉, 스트레인 센서가 직접 또는 간접적으로 이 표면에 장착될 때, 측정 장치(40)는 표면에 "장착된다" 라고 한다.

다른 실시 형태에 따르면, 장치(40)는 중앙 부분(12)의 측면(28) 중의 하나에 장착되는데, 그래서 그 측면은 스트레인 센서를 위한 수용 표면을 형성한다 라고 한다. 그래서 스트레인 센서는 측면(28)과 접촉한다.

예컨대, 도 3은 다른 실시 형태에 따른 아암(4')을 나타낸다. 이 아암(4')은, 측정 장치(40)는 이제 아암(4')의 중앙 부분(12)의 측면(28)에 체결된다는 점을 제외하고는, 아암(4)과 유사하다.

이러한 차이 외에, 아암(4')은 아암(4)과 유사하고, 아암(4)을 참조하여 설명한 모든 것은 아암(4')에도 해당될 수 있으며, 그래서 이하에서는 아암(4)만 설명한다.

예컨대, 측정 장치(40)를 상측면(26)에 배치하면, 측정 장치(40)가 상측면(26)에 배치됨으로써 아암(4')이 받는 횡방향 굽힘력의 더 정확한 측정이 가능하면서, 아암(4)에 가해지는 굽힘력의 수직 방향 성분을 더 정확하게 측정할 수 있다.

측정 장치(40)는 적어도 하나의 측정 유닛(50)을 포함하고, 이의 한 예가 도 4에 도시되어 있다. 스트레인 센서는 하나 또는 수개의 측정 유닛(50)에 포함된다.

이 예에서, 측정 장치(40)는 단일 측정 유닛(50)을 포함한다.

측정 유닛(50)은, 접착제 층(52) 및 이 접착제 층(52)을 덮는 세라믹 층(54)을 포함하는 전기적 격리 구조물을 포함한다.

접착제 층(52)은 경우에 따라 아암(4)의 수용 표면, 예컨대, 상측면(26) 또는 한 측면(28)에 배치된다. 예컨대, 세라믹 층(54)은 접착제 층(52)과 직접 접촉한다.

예에 따르면, 접착제 층(52)은 접착제, 바람직하게는 에폭시드 수지와 같은 열경화성 접착제이다.

스트레인 센서(여기서는 참조 번호 "56"을 가짐)는 세라믹 층(54) 상에 배치되고 아암(4)과 간접적으로 접촉한다.

설명되는 예에서, 격리 구조물의 층은 평평하고, 달리 특정되지 않는다면, 본질적으로 일정한 두께(즉, 10%, 바람직하게는 5% 내의 일정한 두께)를 갖는다.

바람직하게는, 스트레인 센서(56) 중의 하나 또는 일부는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)와 같은 측정 회로 내에서 서로에 연결된다.

예컨대, 측정 유닛(50)은, 서로 연결되어 측정 회로를 형성하는 4개의 센서(56)(이 중의 2개만 도 4에서 볼 수 있음)를 포함한다.

일 변형예에서, 센서(56)의 수는 다를 수 있다.

유리하게는, 센서(56)는 각 측정 회로 내에서 전기 전도성 트랙, 예컨대 금속 트랙에 의해 연결되며, 그 전도성 트랙은 예컨대 인쇄 회로의 전도성 트랙과 유사하게 세라믹 층(54) 상에 증착된다.

변형예에 따르면, 수개의 측정 회로가 측정 장치(40)에 사용된다. 각 측정 회로는 수개의 센서(56)를 포함하는 그룹을 포함한다. 이 경우, 센서(56)의 그룹은 바람직하게는 중앙 부분(12)의 동일 면과 접촉하며, 아암(4)이 연결되어 있는 프레임(8)으로부터 상이한 거리에 배치되어 있으면서 서로 이격되어 있다.

예컨대, 2개의 측정 회로가 중앙 부분(12)을 따라 정렬되며, 센서(56)의 제1 그룹은 중앙 부분(12)의 연결점으로부터 거리(D1)에 배치되며, 센서(56)의 제2 그룹은 중앙 부분(12)의 연결점으로부터 거리(D2)에 배치된다.

제1 예에 따르면, 측정 장치(40)는 적어도 2개의 개별적인 측정 회로를 포함하는 측정 유닛(50)을 포함한다.

제2 예에 따르면, 측정 장치(40)는 각기 측정 회로를 포함하는 2개의 측정 유닛(50)을 포함한다. 2개의 측정 유닛(50)은 중앙 부분(12)의 면의 상이한 위치에 배치된다.

아암의 동일 면과 접촉하는 수개의 측정 회로를 사용하여, 아암(4)이 받는 응력의 차분 측정을 수행할 수 있다. 예컨대, 2개의 측정 회로를 사용함으로써, 장치(40)는 2개의 측정 회로 사이에 있는 아암(4)이 받는 굽힘 모멘트의 차를 결정할 수 있다. 그래서 측정 장치(40)의 민감도는 거리(D1)와 거리(D2) 사이의 차에 비례한다.

유리하게는, 측정 유닛(50)은 스트레인 센서(56) 중 적어도 하나의 근처에 배치되는 온도 센서(58)를 포함한다.

예컨대, 온도 센서(58)는 음의 온도 계수를 갖는 프로브와 같은 열전대(thermocouple) 또는 서미스터(thermistor)를 포함한다.

센서(58)에 의해 측정되는 온도 데이타에 의해, 특히, 예컨대 장치(2)의 가열로 인해 생기는 고온으로 인한 변화를 설명하기 위해, 센서(56)에 의해 측정되는 변형을 보정할 수 있다.

또한 센서(58)에 의해 측정되는 온도 데이타를 사용하여, 장치(2)의 비정상적인 가열을 검출할 수 있거나 또는 아암(4)을 통과하는 전류에 대한 지시를 제공할 수 있다.

일 변형예에서, 온도 센서(58)는 생략될 수 있다.

유리한 실시 형태에 따르면, 전기적 격리 구조물은 수지 또는 전기 절연 바니시(varnish)로 만들어진 캡슐화 층(60)을 더 포함하고, 이 층은 스트레인 센서(56)를 덮으며 또한, 적절하다면, 관련된 전도성 트랙을 덮는다.

예컨대, 캡슐화 층(60)은 세라믹 층(54) 상에, 바람직하게는 스트레인 센서(56)가 위치되는 세라믹 층(54)의 표면의 일부분 상에만 배치된다. 다시 말해, 캡슐화 층(60)은 세마릭 층(54)을 부분적으로 덮는다.

유리하게는, 전기적 격리 구조물은, 전기 절연 탄성중합체 재료, 예컨대 실리콘으로 만들어지는 추가적인 보호 층(62)을 또한 포함하고, 이 보호 층은 캡슐화 층(60) 및/또는 세라믹 층(54)을 덮는다.

선택적인 실시 형태에 따르면, 측정 유닛(50)은 수용 표면에 장착되는 케이스(64)를 포함하고, 이 케이스는 센서(56)와 격리 구조물이 수용되는 내부 공간의 경계를 형성한다.

예로서, 측정 유닛(50)은 여기서 예컨대 케이스(64) 및/또는 추가적인 보호 층(62)으로 인해, 보호 지수 IP66 이상인 기밀(tightness) 수준을 보장한다.

예컨대, 케이스(64)는 평평한 벽에 의해 경계가 정해지는 중공 슬라브의 형태를 취하는데, 하지만, 만곡된 또는 둥근 형상과 같은 다른 형상도 고려될 수 있다. 여기서 케이스(64)의 높이(h64)는 10cm 이하 또는 1cm 이하, 바람직하게는 5mm 이하이다.

예에 따르면, 케이스(64)는 그의 기부에서 플랜지 형태의 체결부(66)를 포함하는데, 이 체결부에 의해 스크류 또는 리벳과 같은 체결 부재(68)를 사용하여 케이스(64)를 수용 표면(여기서, 가까이 있는 경우에, 중앙 부분(12))에 체결할 수 있다. 일 변형예에서, 케이스(64)는, 체결부(66)를 반드시 필요로 함이 없이, 접착 또는 용접으로 체결될 수 있다.

실례적인 예로서, 접착제 층(52)의 두께(e52)는 10 ㎛와 1 mm 사이에 있다다.

실례적인 예로서, 세라믹 층(54)의 두께(e54)는 0.05 mm와 3 mm 사이, 바람직하게는 0.1 mm와 0.5 mm 사이, 더 바람직하게는 0.2 mm와 0.4 mm 사이에 있다.

실례적인 예로서, 캡슐화 층의 두께(e60)는 5 ㎛와 0.5 mm 사이, 바람직하게는 20 ㎛와 100 ㎛ 사이에 있다.

실례적인 예로서, 추가적인 보호 층(62)의 두께(e62)(여기서 캡슐화 층(60)의 상측 표면에 대해 측정됨)는 0.5 mm와 1 cm, 바람직하게는 1 mm와 5 mm 사이에 있다.

실시 형태에 따르면, 층(52)을 형성하는 접착제 및 층(54)을 형성하는 세라믹 각각은 10 kV/mm 이상의 절연 내력을 갖는다. 캡슐화 층(60)을 형성하는 수지 또는 바니시는 100 kV/mm 이상의 절연 내력을 갖는다.

예에 따르면, 측정 장치(40)는 또한 센서(56)를 레일 차량에 설치되어 있는 처리 회로에 연결할 수 있다.

예컨대, 각 유닛(50)은 수지 층(54)에 배치되는 하나 또는 수개의 전기 전도성 접촉 패드(70)를 포함한다. 이 패드(70)는 예컨대 전술한 전도성 트랙에 의해 센서(56)에 연결된다. 각 패드(70)는 용접부(72)에 의해 케이블(74)에 연결되며, 이 케이블은 여기서 상호 연결 회로를 향해 케이스(64) 밖으로 나와 있다.

바람직하게는, 각 케이블(74)은 예컨대 폴리머, 특히 PTFE로 만들어진 전기 절연 쉬스(sheath)를 포함하고, 이 쉬스는 적어도 0.5 mm인 케이블의 코어의 반경에 대해 과도 두께를 갖는다.

도시되어 있는 예에서, 패드(70), 용접부(72) 및 케이블(74)의 일부분은 캡슐화 층(60)으로 덮힌다.

유리한 실시 형태에 따르면, 센서(56) 및 각 유닛(50)의 격리 구조물은, 예컨대 진공 증착법을 사용하는 얇은 층의 연속적인 증착에 의해 동일한 방법 동안에 수용 표면 상에 직접 만들어진다.

예컨대, 제1 층(52)은 바람직하게는 수용 표면의 정화 후에 그 수용 표면 상에 증착된다. 다음에는 다른 층이 연속적으로 증착된다. 센서(56)는 바람직하게는 금속을 층(54) 상에 증착하여 형성된다. 예컨대, 온도 센서(58)가 또한 금속을 증착하여 형성된다.

증착된 층의 기하학적 구조는, 증착 동안에 마스크를 사용하여 그리고/또는 화학적 엣칭 또는 이온 비임 엣칭과 같은 엣칭 방법을 사용하여 규정될 수 있다. 또한 이러한 방법을 사용하여, 미리 규정된 패턴을 증착된 층에 부여하여, 예컨대 센서(56)를 제조하도록 패턴을 규정할 수 있다.

적절하다면, 전도성 트랙과 패드(70)는 유사한 방법을 사용하여 동시에 만들어진다. 케이스(64)의 배치와 체결 뿐만 아니라 물론 용접(72)도 예컨대 나중에 행해진다.

본 제조 방법은, 특히 접착제가 열경화성 접착제인 경우에 접착제 층이 증착된 후에, 증착된 층 중의 하나 또는 수개를 구조화하기 위해, 예컨대 접착제 층(52)을 경화시키기 위해 하나 또는 수개의 열처리 단계를 또한 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의해, 측정 장치(40)는 아암(4)이 받는 기계적 힘의 실시간 측정을 가능하게 한다. 격리 구조물은, 아암(4)으로부터 전기적으로 격리된 상태에서 스트레인 센서(56)가 그 아암(4)과 접촉할 수 있게 해준다.

특히, 모인 전류가 패드(6)와 회로(10) 사이의 아암에서 순환할 때 전류 누설의 위험을 증가시킴이 없이, 센서(56)가 아암(4)에 가능한 한 가깝게 배치되므로, 측정 장치(40)는 신뢰적인 측정을 가능하게 한다.

격리 구조물로 인해, 센서(56)의 출력부에서 갈바닉 격리 회로를 사용할 필요가 없으며, 이러한 점이 유리한데, 왜냐하면, 그러한 갈바닉 격리 회로의 추가는 장치(2)의 가격과 복잡성을 증가시킬 것이기 때문이다.

여기서 격리 구조물, 특히 층(52, 54)은, 전기 전도성 아암이 전력 레일로부터 모인 전류를 전달할 때에도, 그 전기 전도성 아암(4)에 대한 센서(56)의 만족스러운 전기적 격리를 보장하면서, 센서(56)가 아암의 변형을 측정할 수 있게 하기에 충분히 미세하다.

예컨대, 격리 구조물은, 외부 전력 레일의 전력 전압이 750 V dc일 때 CEI 60077 표준에 부합하는 전기적 격리의 수준을 보장할 수 있게 해준다.

도 5는 획득 장치의 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 와셔(80)를 나타낸다. 이 실시 형태에서, 측정 장치(40)의 스트레인 센서(56)는 와셔(80)의 외면으로 형성되어 있는 수용 표면에 위치된다.

도시되어 있는 예에서, 와셔(80)는 중심 오리피스(84)의 경계를 형성하는 본질적으로 원통형인 중공체(82)를 포함한다. 이 중공체(82)는 중공체(82)의 외주면에 배치되는 하나 또는 수개의 평평한 부분(86)을 포함한다. 여기서 와셔(80)는 서로 반대편에 있는 2개의 면(86)을 포함한다.

참조 부호 "R80"은 중심 오리피스(84)의 내측 반경을 나타낸다. 참조 부호 "L82"는 두 면(86) 사이의 거리를 나타낸다. 참조 부호 "L86"은 면(86)의 폭을 나타낸다.

실례로, 반경(R80)은 10 mm와 20 mm 사이에 있다. 거리(L82)는 10 mm 이상이고 5 cm 이하이다. 폭(L86)은 5 mm 이상이고 5 cm 또는 2 cm 이하이다.

장치(2)의 장착된 구성에서, 와셔(80)는 적어도 부분적으로 수용 오리피스(38)에 수용되며 그러므로 여기서는 아암(4)의 일부분이다.

도 6은 아암(4)(또는 아암(4'))의 저면도를 나타낸다.

실시 형태에 따르면, 수용 오리피스(38)는 와셔(80)의 한 단부를 수용하도록 배치되어 있는 수용 영역(90)을 포함한다. 예컨대, 그 수용 영역(90)은, 부분(12)의 하측면에서 수용 오리피스(38)의 기부 주위에 배치되는 카운터보어 또는 모따기부를 포함한다.

예에 따르면, 수용 오리스피(38)는 중심 맞춤 핀의 통과를 허용하도록 치수 결정된 통과 구멍을 포함하고, 와셔(80)가 중심 맞춤 핀 주위에 장착될 때 수용 영역(90)에서 와셔(80)의 적어도 일부분을 수용하기 위해, 수용 영역(90)은 통과 구멍의 직경 보다 큰 직경을 갖는다.

실제로는, 와셔(80)의 높이는 수용 영역(90)의 깊이 보다 크며, 그래서 그 와셔(80)는, 중앙 부분(12)의 하측면에 대해 돌출하면서, 수용 오리피스(38)로부터 돌출하게 된다.

따라서, 아암(4)과 아암 지지부(36) 사이의 접촉은 와셔(80)에 의해 제공된다.

예컨대, 와셔(80)의 외면(82, 86)은 적어도 부분적으로 수용 영역(90)의 반경방향 면과 접촉한다.

그러므로, 조립된 구성에서, 와셔(80)는 아암의 중앙 부분(12)과 아암 지지부(36) 사이에 압축되어 장착됨을 이해할 것이다. 와셔(80)의 상단부는 수용 영역(90)의 바닥면과 접촉하고, 와셔(80)의 하단부는 아암 지지부(36)와 접촉한다. 중심 맞춤 핀은 와셔(80)의 중심 오리피스(84) 및 수용 오리피스(38)의 통과 구멍에 수용된다.

유리하게는, 수용 영역(90)은 케이블(74)의 통과를 가능케 하기 위해 하우징(92)을 포함한다. 예컨대, 하우징(92)은 각각 카운터보어의 반경 방향 확장부로 형성된다. 하우징(92)은 바람직하게는 각각 면(86)의 위치의 반대편에 형성된다.

다시 말해, 이 실시 형태에서, 측정 장치(40)는 와셔(80) 안에 통합되고, 그리고 이 와셔는 아암(4) 안에 통합된다.

이러한 차이 외에, 장치(2)와 그의 작동, 측정 장치(40) 및 측정 유닛(50)에 대해 전술한 모든 것은 와셔(80)에도 적용되며 또한 본 실시 형태에 해당될 수 있고, 그래서 이들 상세점은 다시 설명하지 않는다. 특히, 하나 또는 수개의 측정 유닛(50)은, 아암(4)의 중앙 부분(12)의 면(26 또는 28)에 형성되는 대신에, 면(86)에 형성될 수 있다.

와셔(80)는 아암(4)과 프레임(8)의 연결점 근처에 위치되기 때문에, 와셔(80)를 사용하면, 아암에 가해지는 압축력을 더 정밀하게 측정할 수 있다.

측정 장치(40)는 와셔(80)에 배치되고 이 와셔(80)는 아암(4)의 나머지로부터 제거될 수 있기 때문에, 와셔(80)를 사용하면, 또한, 아암(4)이 부러진 경우에 측정 장치(40)를 교체할 필요가 없을 수 있다.

일 변형예에서, 예컨대, 측정 장치(40)를 갖는 와셔(80)를, 전술한 바와 같은 아암(4 또는 4')의 면에 형성되어 있는 측정 장치(40)와 함께 사용하여, 다양한 실시 형태들을 서로 조합할 수 있다.

도시되어 있지 않은 또 다른 변형예에 따르면, 측정 장치는, 측방향 획득 모드에 따라 작동하기에 적합한 전류 획득 장치(2) 안에 통합될 수 있다.

예컨대, 그 전류 획득 장치는 전술한 것과 동일한 역할을 하는 프레임, 아암 및 패드를 포함하며, 패드의 접촉면은 측방에 장착되어 있는 전력 레일 쪽으로 측방향으로 향하고, 예컨대, 그 접촉면은 수직으로 연장된다. 아암은, 예컨대, 중앙 부분이 프레임 및 패드와 관절식으로 연결되거나, 또한 적절하다면, 서로에 관절식으로 연결되는 하나 또는 수개의 레버를 포함하도록 몰딩된다.

도 7은 레일 차량(102)에 설치되는 장치된 전류 획득 시스템(100)을 나타낸다.

시스템(100)은 전술한 실시 형태 중의 하나에 따른 측정 장치(40)를 포함하는 적어도 하나의 획득 장치(2)를 포함한다.

시스템(100)은 제1 데이타링크(106)에 의해 측정 장치(40)에 연결되는 전자 제어 장치(104)를 또한 포함한다.

예컨대, 전자 제어 장치(104)는 논리 처리 유닛(108)(여기서는 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기 또는 디지털 신호 처리기(DSP)), 및 아래에서 설명하는 예들 중의 어느 하나에 따른 방법을 자동적으로 수행하기 위해 실행될 수 있는 지시가 소프트웨어 코드 형태로 저장되는 컴퓨터 메모리(110)를 포함한다. 일 변형예에서, 전자 제어 장치(104)는 위에서 언급한 방법들 중의 하나 또는 수개를 수행하도록 프로그램된 전용의 집적 회로를 포함한다.

시스템(100)은 제2 데이타링크(112), 차량(102)의 구동기와의 상호 작용을 허가하는 인간-기계 인터페이스(114), 차량(102)에 탑재된 컴퓨터(116), 및 바람직하게는 무선 링크로 차량(102) 외부의 감독 센터(120)와 통신하기에 적합한 통신 인터페이스(118)를 더 포함한다.

예컨대, 시스템(100)은, 센서(56)로부터 오는 측정 신호가 제어 장치(104)로 처리되기 전에, 그 측정 신호를 조절하여 예컨대 그 신호를 필터링하고 그리고/또는 샘플링하기 위한 처리 유닛(미도시)을 포함한다.

예에 따르면, 제1 링크(106)는 예컨대 케이블(74)로 측정 장치(40)에 연결되는 유선 링크이다. 이 유선 링크는 하나 또는 수개의 전용 케이블 또는 다중 송신 케이블 링크를 포합할 수 있다. 일 변형예에서, 제1 링크는 무선 링크, 예컨대, 무선 주파수 링크, 바람직하게는 단범위 무선 링크일 수 있다.

제2 링크(112)는 제어 장치(104)를 인터페이스(114)와 컴퓨터(116) 및 인터페이스(118)에 연결한다. 예컨대, 제2 링크(112)는 예컨대 ADC형의 필드버스와 같은 유선 데이타 버스이다.

실시 형태에 따르면, 제2 링크(112) 및/또는 인터페이스(114) 및/또는 컴퓨터(106) 및/또는 인터페이스(118)는, 차량(102)에 이미 존재하고 또한 시스템(100)과는 독립적인 차량(102)의 다른 기능과 공유되면서 시스템(100)에 의해 부분적으로 사용되는 장비 물품일 수 있다.

실례적인 예로, 인터페이스(114)는 메시지 또는 지시를 차량(102)의 운전자에게 전달하는 데에 적합한 전자 디스플레이 스크린 및/또는 발광 지시기 및/또는 음향 지시기 및/또는 촉각적 지시기를 포함한다. 컴퓨터(116)는 TCMS(Train Control and Management System)형의 레일 유지 보수 컴퓨터이다. 인터페이스(118)는 무선 주파수 안테나를 포함한다.

한 예에 따르면, 장치(104)는, 패드(6)와 전력 레일 사이의 접촉력을 센서(56)로 측정되는 스트레인 데이타의 함수로 자동적으로 계산하도록 프로그램되어 있다.

접촉력의 계산은, 예컨대, 아암(4)의 기하학적 구성 및 장치(2)에서의 측정 장치(40)의 위치의 함수인 미리 정해진 공식을 사용하여 행해지며, 이 공식은 장치(104)에 프로그램되어 있거나 기록되어 있다. 한 예에 따르면, 장치(104)는, 예컨대, 센서(56)로 측정되는 힘이 미리 결정된 임계값을 초과하거나 또는 측정된 접촉력이 미리 정해진 제1 임계값을 초과하면, 아암(4)의 상태를 자동적으로 결정하고 또한 특히 그 아암(4)의 파단을 검출하도록 프로그램되어 있다. 예컨대, 제1 임계값은 1000 N 이상의 횡력에 대응한다.

다른 예에 따르면, 장치(104)는 아암이 받는 힘을 시간에 따라 측정하도록 프로그램되어 있다. 이 측정은 규칙적으로 또는 미리 정해진 순간에 수행될 수 있다. 측정의 결과는 예컨대 컴퓨터(116)에 예컨대 로그 파일에 저장되며 그리고/또는 인터페이스(118)에 의해 유지 보수 센터(120)에 보내진다.

따라서, 출력부에서, 장치(104)는 아암(4)의 상태에 대한 정보 및 패드/레일 접촉력의 값에 대한 정보를 예컨대 실시간으로 또는 시간에 따라 주기적으로 제공하도록 프로그램되어 있다.

유리하게는, 온도 센서(58)가 사용될 때, 장치(104)는, 또한, 측정된 온도의 함수로 센서(56)로 측정된 데이타를 자동적으로 보정하도록 프로그램되어 있다. 센서(58)로 측정되는 온도는 또한 행해지는 보정에 독립적으로 장치(104)에 의해 출력부에서 제공될 수 있다.

예에 따르면, 장치(104) 또는 컴퓨터(116)는, 장치(40)에 의한 측정으로 아암(4)의 파단이 장치(104)에 의해 검출되었을 때 인터페이스(114)에 알림을 보내도록 프로그램되어 있다.

따라서, 그에 응하여 차량(102)의 운전자는 차량 또는 레일 기반 시설의 손상을 피하기 위해 차량을 즉시 정지시킬 수 있다.

다른 예에 따르면, 장치(104) 또는 컴퓨터(116)는, 예컨대, 측정된 힘이 제1 임계값 아래로 유지되면서 미리 정해진 제2 임계값을 초과할 때, 장치(40)에 의한 측정으로 장치(104)에 의해 검출된 아암의 비정상적인 상태, 예컨대 아암의 비정상적인 손상을 기록하도록 프로그램되어 있다.

예컨대, 이러한 사건을 보고하는 메시지가 인터페이스(118)에 의해 유지 보수 센터(120)에 자동적으로 보내진다. 대응하는 사건은 또한 컴퓨터(116)의 메모리에 기록되어 있는 로그 파일에 저장될 수 있다. 경보가 또한 인터페이스(114)에 나타내질 수 있다.

위에서 고려된 실시 형태와 변형예를 조합하여 새로운 실시 형태를 얻을 수도 있다.

Claims (10)

1. 레일 차량을 위한 전류 획득(capturing) 장치(2)로서,
   - 전력 레일과 접촉하도록 되어 있는 패드(6);
   - 프레임(8);
   - 상기 프레임(8)을 상기 패드(6)에 기계적으로 또한 전기적으로 연결하는 전기 전도성 아암(4)을 포함하고,
   상기 아암은 패드(6)가 장착되는 지지 부분(14)에 상기 프레임을 결합하는 중앙 부분(12)을 포함하고, 상기 전류 획득 장치(2)는 상기 아암(4)에 가해지는 기계적힘을 측정하기 위한 측정 장치(40)를 포함하며, 상기 측정 장치는 전기적 격리 구조물의 내부에 통합되는 스트레인 센서(56)를 포함하고, 이로써 상기 스트레인 센서는 상기 아암으로부터 전기적으로 절연될 수 있으며, 상기 격리 구조물은 수용 표면(26; 28; 86)에 증착되는 접착제 층(52) 및 상기 접착제 층을 덮는 세라믹 층(54)을 포함하고, 상기 스트레인 센서는 상기 세라믹 층 상에 배치되는, 전류 획득 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 측정 장치(40)는 상기 아암의 중앙 부분의 상측면(26)에 장착되는, 전류 획득 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 측정 장치(40)는 상기 아암의 중앙 부분의 측면(28)에 장착되는, 전류 획득 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 측정 장치는 스트레인 센서(56)의 두 그룹을 포함하고, 센서의 각 그룹은 측정 회로와 관련되어 있고, 센서의 두 그룹은 상기 중앙 부분의 동일 면에 장착되고 또한 상기 프레임으로부터 서로 다른 거리에 배치되는, 전류 획득 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 프레임(8)은 아암 지지부(36)를 포함하고, 상기 아암(4)의 중앙 부분(12)은 아암 지지부(36)에 장착되는 중심 맞춤 핀을 수용하기 위한 오리피스(38)를 포함하고, 상기 아암(4)은 와셔(80)를 더 포함하고, 상기 와셔는 상기 중심 맞춤 핀 주위에 장착되고 또한 아암의 중앙 부분(12)과 아암 지지부(36) 사이에 압축된 상태에서 상기 오리피스(38)에 적어도 부분적으로 수용되어서, 상기 아암(4)이 상기 와셔(80)에 의해 아암 지지부(36)에 안착되며, 상기 측정 장치는 상기 와셔의 외측 수용 표면(86)에 장착되는, 전류 획득 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 측정 장치는 또한 상기 스트레인 센서들 중 적어도 하나의 근처에 배치되는 온도 센서(58)를 포함하는, 전류 획득 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 격리 구조물은 상기 스트레인 센서(56)를 덮는 수지 또는 바니시(varnish)로 만들어진 캡슐화 층(60)을 더 포함하는, 전류 획득 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 접착제 층(52)의 두께(e52)는 10 ㎛ 내지 1 mm 인, 전류 획득 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 세라믹 층(54)의 두께(e54)는 0.05 mm 내지 3 mm 인, 전류 획득 장치.
10. 레일 차량(102)을 위한 전류 획득 시스템(100)으로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전류 획득 장치(2), 및
    측정 장치(40)에 연결되며, 아암(4)의 파단을 검출하고 및/또는 상기 측정 장치(40)로부터 오는 스트레인 측정치로부터 패드(6)와 전력 레일 사이의 접촉력을 계산하도록 프로그램되어 있는, 처리 유닛(104)을 포함하는, 전류 획득 시스템.

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