KR100541563B1 - 자기부상열차의 부상제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열차가 레일의 이음부를 통과할 경우 열차의 각 모서리의 부상제어에 이용되는 센서의 수를 저감시키도록 된 자기부상열차의 부상제어장치에 관한 것으로, 열차의 바닥부의 각 모서리 근처에 각각 하나의 센서(GAP1,GAP2,GAP3,GAP4)가 설치되되, 열차가 레일상에 위치될 때 하나의 센서가 레일의 이음부에 놓이면 다른 센서들은 이음부에 놓이지 않도록 배치되고, 상기 이음부에 놓여진 센서를 제외한 다른 세 개의 센서의 측정값의 평균값을 이용하여 열차의 자기부상 량을 결정하는 신호프로세서(S.P)를 구비하여, 이음부를 통과하는 하나의 센서의 간격신호를 신호프로세서(S.P)의 출력 값으로 대치하며, 상기 센서(GAP1,GAP2,GAP3,GAP4)로 전송된 측정값으로 열차의 부상정도를 제어하는 부상제어부(D.C)를 구비하여 상기 4개의 간격센서로부터의 간격신호의 평균값에 한계값을 더한 값을 기준 값으로 하여 제어하도록 한 특징이 있다.

Description

자기부상열차의 부상제어장치{A FOLATING CONTROLLER OF A MAGLEV}

본 발명은 자기부상열차의 부상제어장치에 관한 것으로, 특히 열차가 레일의 이음부를 통과할 경우 열차의 각 모서리의 부상제어에 이용되는 센서의 수를 저감시키도록 된 자기부상열차의 부상제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 자기부상열차는 레일상의 열차를 자기력으로 부상시켜 운행하도록 하므로, 기존 열차에서 발생되었던 마찰에 따른 에너지 손실을 최소로 한 것인바, 다수의 레일부재가 이음부를 매개로 열차가 진행하는 경로상에 구비되고, 열차의 하부에 상기 레일부재와 상호작용하며 자기력을 유지시키는 자기부재를 설치하도록 된 것이다.

따라서, 상기 자기부상열차가 진행할 때는 상기 레일부재와 상기 자기부재가 상호 반발하여 자기부상열차가 레일상에서 일정간격 이격되어 부상한 상태를 유지한후, 전후로 진행하도록 된다.

한편, 상기와 같은 자기부상열차가 진행하는 레일부재는 재료의 특성상 단일부재로 제조할 수 없고, 일정간격을 유지시키며 다수개의 레일부재를 연장시키도록 되는바, 상기 열차가 각 레일부재의 이음부를 진행할 때 레일부재와 열차의 반발력이 순간적으로 변하며, 이에 따라 열차에 진동이 가해지는 등의 문제가 있었다.

여기서, 상기 열차와 레일의 간격(GAP)은 항시 일정간격을 유지시켜야하는바, 도 3에 도시된 바와 같이 열차의 바닥부(10)의 각 모서리부에 2개씩의 센서를 설치하는 방법을 사용한다. 즉, 상기 2개의 센서를 일정간격(b) 유지시키며 열차방향으로 각각 배치시키므로, 전방의 간격센서(G1_1)가 레일부재의 이음부로 진입하면 간격센서(G1_1)로부터 수신되는 레일부재와 열차 바닥부 사이의 간격신호를 무시하고, 후방의 간격센서(G1_1)로부터 수신되는 간격신호를 이용하여 부상열차의 부상간격을 제어하도록 된다.

여기서, 도 4는 상기 센서에 의해 수신되는 간격신호의 처리 순서를 나타내는 불록도인바, 각 모서리부에 설치된 각 전/후방 센서와, 이 각각의 전/후방 센서를 선택하는 선택기(A,B,C,D) 및 2차LPF 및 입력된 신호에 따라 열차의 각 모서리의 부상을 제어하는 부상제어부(D.C)가 구성된다.

따라서, 상기 하나의 모서리의 간격센서 중 하나의 센서가 이음부로 진입하면 상기 선택기에 의해 이음부로 진입하지 않는 간격센서가 선택되고, 이음부로 진입한 센서가 진행하며 이음부를 벗어나고, 다른 센서가 이음부로 진입하면 이음부를 벗어난 센서가 선택되어지므로, 부상제어기로 일정한 신호가 입력되므로, 열차가 이음부를 통과하더도, 열차에 진동을 주지 않으며 부상제어 할 수 있도록 된다.

그러나 상기와 같이 열차의 부상을 위해 이용되는 센서는 고가의 것으로, 다수개의 센서를 탑재함에 따라 열차의 제조단가가 상승되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 해결하기 위해 안출된 것으로, 상기 각 모서리부에 탑재되는 선세의 수를 저감시키므로, 열차의 제조단가를 감소시키며, 감소된 센서로도 종래와 동일한 부상제어를 실시할 수 있는 자기부상열차의 부상제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 자기부상열차의 부상제어장치는, 열차의 바닥부의 각 모서리 근처에 각각 하나의 센서가 설치되되, 열차가 레일상에 위치될 때 단지 하나의 센서가 이음부에 놓이면 다른 센서들은 이음부에 놓이지 않도록 배치된다.

또한, 본 발명은 상기 이음부에 놓여진 센서를 제외한 다른 세 개의 센서의측정값의 평균값을 이용하여 열차의 자기부상 량을 결정하는 신호프로세서를 구비하도록 된다.

또한, 상기 신호프로세서는 이음부를 통과하는 하나의 센서의 간격신호 값을 신호프로세서의 출력 값으로 대치하도록 된다.

또한, 본 발명은 상기 센서로 전송된 측정값으로 열차의 부상 정도를 제어하는 부상 제어부를 구비하되, 상기 4개의 간격센서로부터의 간격신호의 평균값에 한계값을 더한 값을 기준 값으로 하여 제어하도록 된다.

이하 본 발명의 원리를 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 열차의 바닥부에 탑재되는 센서의 위치를 대략적으로 나타낸 도면으로, 상부 간격센서(GAP2)와 하부 간격센서(GAP1)는 일정간격(a)을 갖고 탑재되어지므로, 하나의 센서가 이음부에 놓여지면 그 밖의 센서들은 이음부상에 놓여지지 않도록 된다.

여기서, 도 2는 본 발명에 따른 부상제어장치의 블록도이다.

열차가 레일의 각 이음부를 통과할 경우, 간격센서는 레일부재와 다른 부정확한 신호를 발생시키게 되므로, 하나의 센서로는 정확한 부상을 제어하기 위한 측정값을 얻기가 어렵게 된다. 따라서, 열차 바닥부의 각 모서리부의 간격센서에서 입력되는 간격신호와 부상되는 높이에 따라 변하는 기준신호(이하 REF 신호라 함)를 선택기를 이용하여 비교한다.

이때, REF=(GAP1+GAP2+GAP3+GAP4)/4+α로 정의된다.

여기서, α는 평균값에 일정한 바운더리값이고, GAP1과 GAP2,GAP3 및 GAP4는 각 모서리의 센서로부터 입력되는 신호이며, REF의 단위는 Volt이다.

선택기(A,B,C,D)는 입력되는 간격신호(GAP1+GAP2+GAP3+GAP4)와 REF신호를 비교하여, 간격신호가 크면 출력을 0으로 발생시키고, REF가 크면 1로 발생시킨다.

이때, 출력이 1이면 소자(A_1)의 출력의 스위치가 ON되고, 소자(A_1)의 출력으로부터 GAP1신호를 신호프로세서(S.P)로 전송한다. 또한, 출력이 0이면 소자(A_1)의 출력의 스위치가 OFF되고, NOT게이트(N.G)의 출력으로부터 1이 출력되어 소자(A_2)를 ON시킨다. 소자(A_2)가 ON되면, 신호프로세서(S.P)의 출력신호가 2차 LPF(A_3)로 전송되어 부상 제어부(D.C)로 입력된다.

여기서, 상기 신호프로세서(S.P)는 정상적으로 입력되는 간격신호를 공급받아 입력되는 값들의 평균값을 계산하여 이상이 발생되는 모서리의 간격신호를 대치한다. 여기서, 그 계산식은 다음과 같다.

신호프로세서 출력=(GAP1+GAP2+GAP3+GAP4)/3이다.

이때, 간격신호의 합을 3으로 나눈 것은 4개의 입력중 이상신호가 발생되는 모서리의 신호를 제외한 나머지 3개의 모서리에서 발생되는 신호의 평균값을 취하기 때문이다.

이하, 본 발명의 부상제어장치의 작동을 보다 상세히 설명한다.

레일의 이음부가 없는 부분에서 정상적인 간격신호가 입력되는 경우에는 선택기(A,B,C,D)에서 정의한 REF값이 간격신호보다 큰 신호가 입력된다.(REF>GAP)

따라서, 소자(A_1)의 출력측 스위치(S1)는 ON되고, 신호프로세서(S.P)로 간격신호가 입력된다. 이에 따라, 각 GAP1과 GAP2, GAP3 및 GAP4 신호는 직접 2차 LPF(A_3,B_3,D_3)로 입력된다. 이때, 선택기(A,B,C,D)로부터의 출력 1은 NOT게이트를 통해 소자(A_2,B_2,C_2,D_2)로 공급되어, 소자(A_2,B_2,C_2,D_2)의 출력스위치(S2)를 OFF 시키므로, 신호프로세서(S.P)로부터의 출력이 2차 LPF(A_3,B_3,C_3,D_3)로 입력되는 것을 차단한다.

따라서, 2차 LPF로 입력된 각 GAP1과 GAP2,GAP3 및 GAP4 신호는 처리되어 부상 제어부(D.C)로 입력되어 열차의 부상제어를 행한다. 상기 작동은 4개의 모서리에서 동시에 이루어지므로 레일의 이음부가 아닌 부분에서는 정상적인 레일과 센서 사이의 GAP 신호에 따라 제어가 이루어진다.

한편, 레일의 이음부가 있는 부분에서 비정상적인 신호가 입력되는 경우(이때, 각 모서리의 4개의 센서 중 하나, 예컨대 GAP1만이 레일의 이음부를 통과한다)는 REF신호보다 GAP 신호가 큰 경우(REF<GAP), 선택기(A)로부터의 출력은 0이다.

선택기의 출력은 소자(A_1)에 0으로 입력되고, 소자(A_2)에 NOT 게이트(N.G)를 거쳐 1로 입력된다. 소자(A_1)의 출력 스위치는 OFF되고, 소자(A_2)의 출력 스위치(S2)는 ON되므로, 신호프로세서(S.P)의 값이 출력되어 2차 LPF(A_3)로 입력된다.

따라서, 센서(GAP1)의 신호는 신호프로세서(S.P) 값으로 대치되어 부상제어부(D.C)로 입력되어 하나의 모서리의 부상을 제어한다. 이때, 나머지 센서신호는 정상적인 신호가 입력되므로 나머지 코너의 부상을 제어한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 기존의 자기부상열차가 이음부를 통과하기 위하여 각 모서리에 2개의 센서를 설치했던 것을 이상이 발생하는 모서리에 GAP신호를 다른 3개의 GAP신호의 평균값을 사용하여 제어함으로써 센서의 수를 절반으로 줄여 열차의 제조단가를 저감시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 열차의 바닥부에 탑재되는 센서의 위치를 대략적으로 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 부상제어장치의 블록도,

도 3은 열차의 바닥부에 탑재되는 센서의 위치를 대략적으로 나타낸 도 1에 대응되는 종래의 도면,

도 4는 상기 센서에 의해 수신되는 간격신호의 처리 순서를 나타내는 불록도이다.

Claims (1)

1. 바닥부 각 모서리마다 센서를 탑재시켜 각 모서리의 부상제어를 실시하는 자기부상열차의 부상제어장치에 있어서,

   상기 바닥부의 각 모서리마타 탑재되는 각 센서(GAP1,GAP2,GAP3,GAP4)는 열차가 레일상을 달릴 때 어느 하나의 센서가 레일의 이음부에 위치하면 다른 센서들은 이음부에 위치하지 않도록 배치되고,

   상기 이음부에 놓여진 센서를 제외한 다른 세 개의 센서의 측정값의 평균값을 이용하여 열차의 자기부상 량을 결정하는 신호프로세서(S.P)를 구비하여, 이음부를 통과하는 하나의 센서의 간격신호를 신호프로세서(S.P)의 출력값으로 대치하며,

   상기 센서(GAP1,GAP2,GAP3,GAP4)로 전송된 측정값으로 열차의 부상정도를 제어하는 부상제어부(D.C)를 구비하여 상기 4개의 간격센서로부터의 간격신호 평균값에 한계값을 더한 값을 기준 값으로 하여 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 자기부상열차의 부상제어장치.