KR101669737B1 - 철도차량용 주공기압축기 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

철도차량용 주공기압축기 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량용 주공기압축기 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축공기의 압력이 상한압력 이상으로 올라갔을 때 압축기의 작동을 중지시키고 하한압력 이하로 내려가면 다시 압축작용을 하는 기존 조압기에 의한 주공기 제어 장치 및 제어 방식에 더하여, 철도차량의 운행속도를 입력받아 가급적 철도차량이 운행하는 중에 공기압축기를 미리 동작시켜 철도차량의 서행 또는 정지 중에 주공기압축기의 압축작용시 발생되는 진동 및 소음이 객실 내에 유입되는 현상을 감소시켜 승객 편의성을 향상시키고, 철도차량의 구원운전 중에는 압축공기의 압력 저하로 인한 잦은 비상제동 현상을 예방하는 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 철도차량용 주공기압축기 제어 장치 및 그 제어 방법은 철도차량의 제동을 위한 압축공기를 발생시키는 주공기압축기부; 상기 주공기압축기부로부터 상기 압축공기를 전달받아 상기 압축공기의 전달 통로 역할을 하고, 상기 압축공기의 압력을 출력하는 공기저장관부; 상기 공기저장관부에 설치되어 상기 압축공기를 전달받고, 상기 압축공기의 압력이 제1하한압력 이하인 경우에 상기 주공기압축기에 기동 명령을 전달하고 상기 압축공기의 압력이 상한압력 이상인 경우에 상기 주공기압축기에 정지 명령을 전달하는 조압기부; 상기 철도차량의 운행을 위한 동력을 생성하고 상기 철도차량의 운행속도를 출력하는 전기추진장치부 및 상기 공기저장관부로부터 상기 압축공기의 압력을 전달받고, 상기 전기추진장치부로부터 상기 운행속도를 전달받으며, 상기 압축공기의 압력이 제2하한압력 이하이고 동시에 상기 운행속도가 기준속도 이상인 경우에 상기 주공기압축기부에 기동 명령을 전달하는 열차종합제어시스템부를 포함하는 장치 구성 및 이를 이용한 제어 방법의 구성에 기술적 특징이 있다.

Description

철도차량용 주공기압축기 제어 장치 및 그 제어 방법 {Controller of Main Air Compressor and its Control Method}
본 발명은 철도차량용 주공기압축기 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축공기의 압력이 상한압력 이상으로 올라갔을 때 압축기의 작동을 중지시키고 하한압력 이하로 내려가면 다시 압축작용을 하는 기존 조압기에 의한 주공기 제어 장치 및 제어 방식에 더하여, 철도차량의 운행속도를 입력받아 가급적 철도차량이 운행하는 중에 공기압축기를 미리 동작시켜 철도차량의 서행 또는 정지 중에 주공기압축기의 압축작용시 발생되는 진동 및 소음이 객실 내에 유입되는 현상을 감소시켜 승객 편의성을 향상시키고, 철도차량의 구원운전 중에는 압축공기의 압력 저하로 인한 잦은 비상제동 현상을 예방하는 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
철도차량의 주공기압축기는 압축공기를 발생시키며, 이 압축공기는 공기저장관(MRP, Main Reservoir Pipe)을 통해 공기제동장치 및 와이퍼 등에 공급되어 해당 장치를 동작시킨다. 공기저장관에는 조압기(CMG, Compressor Motor Governor)가 설치되어 압축공기의 압력에 따라 주공기압축기의 운전 여부를 결정하게 된다. 이를 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 철도차량용 주공기압축기 제어 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 주공기압축기 제어 장치는 내부에 모터와 공기저장기를 갖춘 주공기압축기부, 조압기부, 공기저장관부를 포함한다. 공기저장관부는 파이프 형태로서 주공기압축기부의 공기저장기에 연결되며, 공기저장관부에는 조압기부가 설치되어 있다.
도 2는 위 장치를 이용한 종래 기술에 따른 철도차량용 주공기압축기 제어 방법의 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 조압기부에서 측정되는 공기저장관부 내부의 압축공기의 압력이 제1하한압력(PL1) 이하이면(S110), 조압기부에서 주공기압축기부에 기동 명령을 내리게 되고(S120), 압축공기의 압력이 상한압력(PH) 이상이면(S130), 조압기부에서 주공기압축기부에 정지 명령을 내리게 된다(S140). 이러한 제어 방법을 통해 철도차량의 공기제동 등에 필요한 압축공기의 압력을 일정 이상으로 유지할 수 있다. 그러나 이와 같은 제어 방법은 철도차량이 멈추었을 때 또는 저속으로 운행 중일 때 주공기압축기가 기동되어 압축소음이 철도차량의 객실 내에 전달될 수 있다는 단점이 있다. 철도차량이 저속으로 운행 중일 때에는 두 가지 제동 방식, 즉 회생제동과 공기제동 중에서 압축공기를 사용하는 공기제동을 일반적으로 사용하게 되는데, 저속으로 운행하는 거리가 길어져 공기제동을 자주 사용하게 되고 압축공기가 제1하한압력(PL1) 이하로 떨어지는 빈도가 증가하는 경우에 이러한 소음이 특히 문제된다.
대한민국등록특허 제10-1207458호(2012.11.27)에는 "전기철도차량의 회생제동 전력을 이용한 주공기 압축 동작 제어 시스템 및 방법"에 대한 발명이 공개되어 있다.
삭제
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 철도차량이 역사 진입할 때와 같이 서행 또는 정지 중에 주공기압축기가 동작하여 객실 내부 또는 역사 플랫폼에 있는 승객이 공기 압축 소음을 듣는 것을 예방하려는 목적이 있다.
또한 압축공기의 압력을 필요한 수준으로 확보하여 안정적인 제동성능 등을 구현하려는 다른 목적이 있다.
더 나아가, 특성상 공기제동이 잦은 운전모드에서도 압축공기의 압력이 지나치게 하강하여 비상제동 체결로 철도차량이 정지하게 되는 현상을 예방하려는 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 철도차량의 제동을 위한 압축공기를 발생시키는 주공기압축기부; 상기 주공기압축기부로부터 상기 압축공기를 전달받아 상기 압축공기의 전달 통로 역할을 하고, 상기 압축공기의 압력을 출력하는 공기저장관부; 상기 공기저장관부에 설치되어 상기 압축공기를 전달받고, 상기 압축공기의 압력이 제1하한압력 이하인 경우에 상기 주공기압축기에 기동 명령을 전달하고 상기 압축공기의 압력이 상한압력 이상인 경우에 상기 주공기압축기에 정지 명령을 전달하는 조압기부; 상기 철도차량의 운행을 위한 동력을 생성하고 상기 철도차량의 운행속도를 출력하는 전기추진장치부 및 상기 공기저장관부로부터 상기 압축공기의 압력을 전달받고, 상기 전기추진장치부로부터 상기 운행속도를 전달받으며, 상기 압축공기의 압력이 제2하한압력 이하이고 동시에 상기 운행속도가 기준속도 이상인 경우에 상기 주공기압축기부에 기동 명령을 전달하는 열차종합제어시스템부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량용 주공기압축기 제어 장치 및 그 제어 방법에 의하여 달성된다.
본 발명에 따른 철도차량용 주공기압축기 제어 장치 및 그 제어 방법은 철도차량이 일정 속도 이상으로 운행하는 중에 주공기압축기를 미리 기동시킴으로써 철도차량이 역사 진입할 때와 같이 서행 또는 정지 중에 주공기압축기가 동작하여 객실 내부 또는 역사 플랫폼에 있는 승객이 공기 압축 소음을 듣는 것을 예방하는 효과가 있다.
또한 압축공기의 압력을 필요한 수준으로 확보하여 안정적인 제동성능 등을 구현하려는 다른 효과가 있다.
더 나아가, 특성상 공기제동이 잦은 운전모드에서도 높은 압축공기 압력에서 미리 주공기 압축기를 기동시켜, 압축공기의 압력이 지나치게 하강하여 비상제동 체결로 철도차량이 정지하게 되는 현상을 예방하려는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 철도차량용 주공기압축기 제어 장치의 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 철도차량용 주공기압축기 제어 방법의 순서도,
도 3은 본 발명의 철도차량용 주공기압축기 제어 장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 철도차량용 주공기압축기 제어 방법의 순서도이며,
도 5는 또 다른 실시예에 의한 본 발명의 철도차량용 주공기압축기 제어 방법의 순서도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 철도차량용 주공기압축기 제어 장치의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 철도차량용 주공기압축기 제어 장치는 철도차량의 제동을 위한 압축공기를 발생시키는 주공기압축기부(100); 주공기압축기부(100)로부터 압축공기를 전달받아 압축공기의 전달 통로 역할을 하고, 압축공기의 압력을 출력하는 공기저장관부(300); 공기저장관부(300)에 설치되어 압축공기를 전달받고, 압축공기의 압력이 제1하한압력 이하인 경우에 상기 주공기압축기부(100)에 기동 명령을 전달하고 압축공기의 압력이 상한압력 이상인 경우에 상기 주공기압축기부(100)에 정지 명령을 전달하는 조압기부(200); 철도차량의 운행을 위한 동력을 생성하고 철도차량의 운행속도를 출력하는 전기추진장치부(500) 및 공기저장관부(300)로부터 압축공기의 압력을 전달받고, 전기추진장치부(500)로부터 운행속도를 전달받으며, 압축공기의 압력이 제2하한압력 이하이고 동시에 운행속도가 기준속도 이상인 경우에 주공기압축기부(100)에 기동 명령을 전달하는 열차종합제어시스템부(400)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제2하한압력은 제1하한압력보다 높게 설정되어야 한다. 즉 철도차량이 기준속도 이상으로 운행하고 있는 동안에 압축공기의 압력이 제1하한압력보다 높더라도 제2하한압력 이하이면 주공기압축기부(100)를 기동시켜 압축공기의 압력을 상한압력까지 미리 상승시킴으로써, 나중에 철도차량이 역사 내 진입 등의 사유로 서행 또는 정지 운전할 때에 공기제동 등의 압축공기 압력이 하강하는 상황이 발생하여도 압축공기의 압력이 제1하한압력까지 떨어지는 것을 예방하여 주공기압축기부(100)가 기동되지 않도록 할 수 있다. 통상적으로 고속 주행 중에는 주공기압축기부(100)가 기동되어도 운행 소음에 의해 상쇄될 수 있다. 다만 이러한 운행 소음은 철도차량의 운행 상태에 따르는 것으로 임의로 조정할 수가 없는데, 본 발명의 장치 구성을 통해 임의로 조정할 수 없는 운행 소음을 활용하여 철도차량이 서행 또는 정지 중에 주공기압축기부(100)의 기동 소음이 객실 내부 및 역사 플랫폼에 전달되는 것을 예방할 수 있다.
주공기압축기부(100)는 모터(110)와 공기저장기(120)를 포함하고, 모터(110)의 동력에 의해 공기저장기(120) 내부에 압축공기가 발생되어 저장되며, 공기저장관부(300)는 공기저장배관(310)과 공기저장배관(310)에 부착되어 압축공기의 압력을 출력하는 압력게이지(320)를 추가로 더 포함함으로써 위와 같은 기능 구현이 용이해진다. 즉, 공기저장기(120) 내부에 저장된 압축공기가 공기저장관부(300)의 공기저장배관(310)으로 전달되어 공기저장배관(310)에 설치된 조압기부(200)에서 압축공기를 감지한다. 조압기부(200)는 기계식 또는 전자식으로 구성할 수 있다. 기계식으로 구성하는 경우에는 미리 세팅된 값에 따라 스위치가 절환되어 주공기압축기부(100) 내부의 모터(110)에 기동 또는 정지 명령을 내릴 수 있게 되고, 전자식으로 구성되는 경우에는 내부의 마이크로컴퓨터와 압력센서를 이용하여 모터에 기동 또는 정지 명령을 생성하여 모터(110)에 전달할 수 있다.
철도차량의 운전모드를 입력받는 운전모드스위치부(600)를 추가로 더 포함하며, 열차종합제어시스템부(400)는 운전모드스위치부(600)로부터 운전모드를 전달받고, 운전모드가 "구원운전" 모드이고 동시에 압축공기의 압력이 제3하한압력 이하이면 주공기압축기부(100)에 기동 명령을 전달하는 기능을 더 포함하는 것이 또한 바람직하다. "구원운전"이라 함은 고장 또는 기타 사유에 의해 운전할 수 없는 열차를 다른 열차가 앞에서 견인 또는 뒤에서 추진하는 것으로서, 통상적으로 저속으로 운행할 수 밖에 없는 상황이 된다. 이때 공기제동을 체결하게 되면 압축공기 압력이 지나치게 낮아져 6kgf/cm2 미만이 되면 철도차량을 정지시키는 알고리즘이 동작한다. 특히 내리막길(하구배) 구간에서는 공기제동을 지속적으로 체결해야 하므로 이러한 현상이 심화된다. 이러한 경우에는 철도차량이 기준속도 미만으로 운행하더라도 주공기압축기부(100)를 기동시켜 충분한 압력을 확보하도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기와 같이 운전모드가 "구원운전" 모드인 경우에는 상한압력을 상향 조정하는 것이 더 바람직하다. 상한압력은 안전을 고려하여 10kgf/cm2 이상으로 높일 수는 없으나, "구원운전" 모드라는 특수한 경우에 한하여 약간 상향 조정하는 것은 가능하며, 이러한 경우 압축공기 압력이 지나치게 낮아지는 현상을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 철도차량용 주공기압축기 제어 방법의 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 철도차량용 주공기압축기 제어 방법은 조압기가 철도차량의 압축공기의 압력이 제1하한압력 이하인지 판단하고, 그렇다고 판단한 경우에 주공기압축기부(100)에 기동 명령을 전달하는 제 1 단계; 열차종합제어시스템부(400)가 상기 압축공기의 압력이 제2하한압력 이하이고 동시에 철도차량의 운행속도가 기준속도 이상인 경우인지 판단하고, 그렇다고 판단한 경우에 주공기압축기에 기동 명령을 전달하는 제 2 단계; 상기 조압기가 상기 압축공기의 압력이 상한압력 이상인 경우에 상기 주공기압축기에 정지 명령을 전달하는 제 3 단계를 포함하여 이루어진다.
도 5는 또 다른 실시예에 의한 본 발명의 철도차량용 주공기압축기 제어 방법의 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 단계는 상기 열차종합제어시스템부(400)가 상기 철도차량이 운전모드가 "구원운전" 모드이고 동시에 상기 압축공기의 압력이 제3하한압력 이하인 경우에도 상기 주공기압축기부(100)에 기동 명령을 전달하는 과정을 추가로 더 포함할 수도 있다.
상기 운전모드가 "구원운전" 모드인 경우에는 상기 상한압력을 상향 조정하는 것도 바람직하다.
이상의 제어방법 구성에 따른 효과는 상기 철도차량용 주공기압축기 장치의 설명에서 언급한 효과와 같다.
본 발명에 따른 철도차량용 주공기압축기 장치 및 그 제어 방법에 있어서, 상기 기준속도는 15km/h 내지 25km/h, 상기 제1하한압력은 7.5kgf/cm2 내지 8.1kgf/cm2, 상기 제2하한압력은 8.2kgf/cm2 내지 8.5kgf/cm2, 상기 제3하한압력은 8.2kgf/cm2 내지 8.5kgf/cm2이고, 상기 상한압력은 8.7kgf/cm2 내지 9.3kgf/cm2의 범위 내에서 가변 세팅되도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 기준속도는 20km/h, 상기 제1하한압력은 8.0kgf/cm2, 상기 제2하한압력은 8.3kgf/cm2, 상기 제3하한압력은 8.5kgf/cm2으로, 상기 상한압력은 9.0kgf/cm2으로 정밀하게 선정하는 것 또한 바람직하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : 주공기압축기부 110 : 모터
120 : 공기저장기
200 : 조압기부
300 : 공기저장관부 310 : 공기저장배관
320 : 압력게이지
400 : 열차종합제어시스템부
500 : 전기추진장치부
600 : 운전모드스위치부

Claims (11)

  1. 철도차량용 주공기압축기 제어 장치에 있어서,
    철도차량의 제동을 위한 압축공기를 발생시키는 주공기압축기부;
    상기 주공기압축기부로부터 상기 압축공기를 전달받아 상기 압축공기의 전달 통로 역할을 하고, 상기 압축공기의 압력을 출력하는 공기저장관부;
    상기 공기저장관부에 설치되어 상기 압축공기를 전달받고, 상기 압축공기의 압력이 제1하한압력 이하인 경우에 상기 주공기압축기부에 기동 명령을 전달하고 상기 압축공기의 압력이 상한압력 이상인 경우에 상기 주공기압축기부에 정지 명령을 전달하는 조압기부;
    상기 철도차량의 운행을 위한 동력을 생성하고 상기 철도차량의 운행속도를 출력하는 전기추진장치부; 및
    상기 공기저장관부로부터 상기 압축공기의 압력을 전달받고, 상기 전기추진장치부로부터 상기 운행속도를 전달받으며, 상기 압축공기의 압력이 제2하한압력 이하이고 동시에 상기 운행속도가 기준속도 이상인 경우에 상기 주공기압축기부에 기동 명령을 전달하는 열차종합제어시스템부
    를 포함하여 이루어지되, 상기 철도차량의 운전모드를 입력받는 운전모드스위치부를 추가로 더 포함하며,상기 열차종합제어시스템부는 운전모드스위치부로부터 상기 운전모드를 전달받고, 상기 운전모드가 "구원운전" 모드이고 동시에 상기 압축공기의 압력이 제3하한압력 이하이면 상기 주공기압축기부에 기동 명령을 전달하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 주공기압축기 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 운전모드가 "구원운전" 모드인 경우에는 상기 상한압력을 상향 조정하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 주공기압축기 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주공기압축기부는 모터와 공기저장기를 포함하고, 상기 모터의 동력에 의해 상기 공기저장기 내부에 압축공기가 발생되어 저장되며,
    상기 공기저장관부는 공기저장배관과 상기 공기저장배관에 부착되어 상기 압축공기의 압력을 출력하는 압력게이지를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 주공기압축기 제어 장치.
  5. 철도차량용 주공기압축기 제어 방법에 있어서,
    조압기부가 철도차량의 압축공기의 압력이 제1하한압력 이하인지 판단하고, 그렇다고 판단한 경우에 주공기압축기부에 기동 명령을 전달하는 제 1 단계;
    열차종합제어시스템부가 상기 압축공기의 압력이 제2하한압력 이하이고 동시에 철도차량의 운행속도가 기준속도 이상인 경우인지 판단하고, 그렇다고 판단한 경우에 주공기압축기부에 기동 명령을 전달하는 제 2 단계; 및
    상기 조압기부가 상기 압축공기의 압력이 상한압력 이상인 경우에 상기 주공기압축기에 정지 명령을 전달하는 제 3 단계
    를 포함하여 이루어지되, 상기 제 2 단계는 상기 열차종합제어시스템부가 상기 철도차량이 운전모드가 "구원운전" 모드이고 동시에 상기 압축공기의 압력이 제3하한압력 이하인 경우에도 상기 주공기압축기부에 기동 명령을 전달하는 과정을 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 주공기압축기 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 운전모드가 "구원운전" 모드인 경우에는 상기 상한압력을 상향 조정하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 주공기압축기 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 기준속도는 20km/h, 상기 제1하한압력은 8.0kgf/cm2, 상기 제2하한압력은 8.3kgf/cm2, 상기 제3하한압력은 8.5kgf/cm2이고, 상기 상한압력은 9.0kgf/cm2인 것을 특징으로 하는 철도차량용 주공기압축기 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준속도는 20km/h, 상기 제1하한압력은 8.0kgf/cm2, 상기 제2하한압력은 8.3kgf/cm2, 상기 제3하한압력은 8.5kgf/cm2이고, 상기 상한압력은 9.0kgf/cm2인 것을 특징으로 하는 철도차량용 주공기압축기 제어 장치.
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