KR100699549B1 - 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템 - Google Patents

전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 발생하는 속도센서와; 펄스의 주파수를 전압으로 변환하여 주는 주파수/전압 변환부와; 아날로그의 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주는 제 1 A/D 변환부와; 현재 주행속도를 검출하는 차속 검출부와; 펄스수를 계수하는 카운터와; 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하는 위치정보 검출부와; 마스콘이 추진측으로 작동되는지를 검출하는 추진신호 검출부와; 마스콘이 제동측으로 작동되는지를 검출하는 제동신호 검출부와; 마스콘이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 읽어들이는 PWM값 입력부와; 직류전압의 추진 및 제동전압을 컴퓨터가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 DC/DC 변환부와; 추진 및 제동신호를 100분율로 환산하여 변환시켜 주는 신호변환기와; 각 차량에 설치되어 있는 전동기에서 전후, 좌우 및 상하방향으로 발생되는 진동 가속도를 검출하는 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부와; 아날로그신호로 검출되는 전동기의 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 값을 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 2 A/D 변환부와; 상기한 각부의 출력신호를 실시간으로 입력받아 각 차량의 전동기에서 발생되는 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도와 마스콘의 상태 및 주행속도와 위치정보를 기억함과 동시에 해당 정보를 출력하는 컴퓨터로 구성한 것이다.
따라서, 역행, 타행, 제동상태에 따른 전동기 진동 가속도 변화를 정확히 알 수 있고, 차후 추진장치 제어알고리즘과 견인전동기 설계 및 해석 등의 여러 곳에 폭 넓게 이용할 수 있어 전기철도차량의 안전성과 신뢰성 확보에 기여할 수 있는 것이다.
전동기, 마스콘, 속도, 위치, 진동 가속도

Description

전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템 {A measurement-system of vibrate-acceleration of electromotor in electrical railway}
도 1은 본 발명 시스템의 블럭 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 속도센서 2 : 주파수/전압 변환부
3 : 제 1 A/D 변환부 4 : 차속 검출부
5 : 카운터 6 : 위치정보 검출부
7 : 마스콘 8 : 추진신호 검출부
9 : 제동신호 검출부 10 : PWM값 입력부
11,12 : DC/DC 변환부 13 : 신호변환기
14 : 전동기
15-17 : 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부
18 : 제 2 A/D 변환부 19 : 컴퓨터
20 : 모니터 21 : 유선 통신 인터페이스
22 : 무선 통신 인터페이스 23 : 철도운행 관리 시스템
본 발명은 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기철도차량의 마스콘 신호와 진동 가속도 센서 및 주행속도, 위치 정보를 이용하여 전동기 진동 가속도 측정을 실시하여 역행, 타행, 제동상태에 따른 전동기 진동 가속도 변화를 정확히 알 수 있도록 하는 방식을 통해 추진장치 제어알고리즘과 견인전동기 설계 및 해석 등의 여러 곳에 폭넓게 이용할 수 있고, 이를 통해 전기철도차량의 안전성과 신뢰성 확보에 기여할 수 있도록 발명한 것이다.
일반적으로 철도차량은 자동차나 버스와는 달리 대량교통수단으로 안전성과 신뢰성 확보가 다른 어떤 것보다도 중요하게 여겨져 왔다.
이와 같이 철도차량에 취부되어 있는 각 부품에 대한 성능이 검증되지 않으면 대형사고를 초래할 수 있기 때문에, 실제 철도 시스템을 구성하는 각 전장품의 성능은 매우 중요하다고 할 수 있다.
여러 부품 중에서도 전동기는 차량이 견인할 수 있는 힘을 발생시켜주기 때문에 이에 대한 사고방지와 성능 확인을 위해 많은 노력을 기울여왔다.
종래에는 전동기 진동 가속도 특성을 현차에서 측정하는데는 많은 난관이 있었고, 또한 마스콘 신호와 동시에 분석하는 것이 어려워서 전동기 진동 가속도 특 성변화를 통해 전동기의 성능을 확인하는데는 많은 어려움이 있었다.
그런데, 전동기 진동 가속도 특성을 정확히 알아낼 수 있다면, 대차 및 차체 진동 가속도와의 연관 관계, 분기기에서의 특성 변화, 전력변환장치 제어방식에 따른 변화 등에 대해 정확히 파악할 수 있으며, 이러한 특성을 통해 전력변환장치 제어방식을 조정함으로써 보다 안정적으로 전동기를 제어할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 주행중인 전기철도차량에서 각 차량에 설치되어 있는 전동기들의 전후, 상하, 좌우 방향 진동 가속도 측정신호와 그때의 주행속도 및 위치 정보를 포함하여 마스콘의 추진 및 제동신호와 PWM값을 읽어들여 역행, 타행, 제동상태에 따른 전동기 진동 가속도 변화를 정확히 알 수 있게 함과 동시에 차후 추진장치 제어알고리즘과 견인전동기 설계 및 해석 등의 여러 곳에 폭 넓게 이용할 수 있도록 하여 전기철도차량의 안전성과 신뢰성 확보에 기여할 수 있는 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적은, 철도차량의 차륜에 설치되어 철도차량의 주행중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 발생하는 속도센서와; 상기 속도센서를 통해 검출되는 단속 펄스의 주파수를 전압으로 변환하여 주는 주파수/전압 변환부와; 상기 주파수/전압 변환부에서 출력되는 아날로그의 철도차량 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주는 제 1 A/D 변환부와; 상기 제 1 A/D 변환부의 출력신호를 입력받 아 철도차량의 현재 주행속도를 검출하는 차속 검출부와; 상기 속도센서를 통해 검출되는 단속 펄스를 계수하는 카운터와; 상기 카운터의 출력신호를 입력받아 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하여 그 위치를 검출하는 위치정보 검출부와; 기관사에 의해 조작되는 마스콘이 추진측으로 작동되는지를 검출하는 추진신호 검출부와; 기관사에 의해 조작되는 마스콘이 제동측으로 작동되는지를 검출하는 제동신호 검출부와; 기관사에 의해 마스콘이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 읽어들이는 PWM값 입력부와; 상기 추진 및 제동신호 검출부에서 직류전압으로 출력되는 추진 및 제동전압을 컴퓨터가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 DC/DC 변환부와; 상기 PWM값 입력부에서 출력되는 추진 및 제동신호를 100분율로 환산하여 변환시켜 주는 신호변환기와; 각 차량에 설치되어 있는 전동기에서 전후, 좌우 및 상하방향으로 발생되는 진동 가속도를 검출하는 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부와; 상기 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부를 통해 아날로그신호로 검출되는 전동기의 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 값을 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 2 A/D 변환부와; 상기한 각부의 출력신호를 실시간으로 입력받아 각 차량의 전동기에서 발생되는 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도와 마스콘의 상태 및 주행속도와 위치정보를 기억함과 동시에 해당 정보를 출력하는 컴퓨터로 구성하되, 상기 컴퓨터에서는 각종 정보를 모니터에 직접 표시하거나, 유무선 통신 인터페이스를 통해 원격지의 철도운행 관리 시스템으로 출력시켜 줄 수 있도록 함으로써 달성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 시스템의 블록 구성도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명 시스템은, 철도차량의 차륜에 설치되어 철도차량의 주행중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 발생하는 속도센서(1)와;
상기 속도센서(1)를 통해 검출되는 단속 펄스의 주파수를 전압으로 변환하여 주는 주파수/전압 변환부(2)와;
상기 주파수/전압 변환부(2)에서 출력되는 아날로그의 철도차량 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주는 제 1 A/D 변환부(3)와;
상기 제 1 A/D 변환부(3)의 출력신호를 입력받아 철도차량의 현재 주행속도를 검출하는 차속 검출부(4)와;
상기 속도센서(1)를 통해 검출되는 단속 펄스를 계수하는 카운터(5)와;
상기 카운터(5)의 출력신호를 입력받아 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하여 차량의 위치를 검출하는 위치정보 검출부(6)와;
기관사에 의해 조작되는 마스콘(7)이 추진측으로 작동되는지를 검출하는 추진신호 검출부(8)와;
기관사에 의해 조작되는 마스콘(7)이 제동측으로 작동되는지를 검출하는 제동신호 검출부(9)와;
기관사에 의해 마스콘(7)이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 변환하여 읽어들이는 PWM값 입력부(10)와;
상기 추진 및 제동신호 검출부(8)(9)에서 직류전압으로 출력되는 추진 및 제동상태 전압을 컴퓨터(19)가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 DC/DC 변환부(11)(12)와;
상기 PWM값 입력부(10)에서 출력되는 추진 및 제동신호를 100분율로 환산하여 변환시켜 주는 신호 변환기(13)와;
각 차량에 설치되어 있는 전동기(14)에서 전후, 좌우 및 상하방향으로 발생되는 진동 가속도를 검출하는 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부(15)-(17)와;
상기 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부(15)-(17)를 통해 아날로그신호로 검출되는 전동기의 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 값을 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 2 A/D 변환부(18)와;
상기한 각부의 출력신호를 실시간으로 입력받아 각 차량의 전동기(14)에서 발생되는 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도와 마스콘(7)의 상태 및 그 때마다의 주행속도와 위치정보를 기억함과 동시에 해당 정보를 출력해 주는 컴퓨터(19)로 구성한 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 컴퓨터(19)는 각 전동기들에 대한 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 정보와 위치, 속도 및 마스콘 상태 정보를 모니터(20)에 직접 표시하거나, 유무선 통신 인터페이스(21)(22)를 통해 원격지의 철도운행 관리 시스템(23) 으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명 시스템의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명 시스템 중 철도차량의 차륜에 설치되어 있는 속도센서(1)는 철도차량의 주행중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 계속 발생하여 주파수/전압 변환부(2) 및 카운터(5)로 출력시켜 주게 된다.
따라서, 주파수/전압 변환부(2)에서는 상기 속도센서(1)를 통해 검출되는 단속 펄스의 주파수를 아날로그의 전압으로 변환하여 제 1 A/D 변환부(3)로 출력시켜 주게 되고, 상기 제 1 A/D 변환부(3)에서는 주파수/전압 변환부(2)에서 출력되는 아날로그의 철도차량 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주게 된다.
그러므로 차속 검출부(4)에서는 상기 제 1 A/D 변환부(3)의 출력신호를 입력받아 철도차량의 현재 주행속도가 어느 정도인지를 검출하여 컴퓨터(19)에 전달하게 된다.
한편, 카운터(5)에서는 상기 속도센서(1)를 통해 검출되는 단속 펄스를 계수하여 위치정보 검출부(6)로 보내게 되므로 상기 위치정보 검출부(6)에서는 상기 카운터(5)의 출력신호를 입력받아 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하여 차량의 위치를 검출하게 된다.
이 때, 상기 위치정보 검출부(6)에서 철도차량의 위치를 파악하는 산출 방법은 철도차량의 차륜이 한바퀴 회전될 때 발생하는 펄스수와 차륜의 원주 길이 데이타를 근거로 하여 상기 카운터(5)에서 입력되는 펄스수에 차륜의 원주길이를 곱하는 형태를 통해 철도차량이 출발하는 시점은 "0"으로 보고 환산하여 현재 철도차량 이 몇 Km 지점을 주행하고 있는지를 계속해서 산출하여 그 데이타를 위치 정보로 인지하고 컴퓨터(19)로 전송하게 된다.
또한, 상기와 같이 전기철도차량의 주행중 추진신호 검출부(8)와 제동신호 검출부(9)에서는 기관사에 의해 조작되는 마스콘(7)의 위치를 파악하여 추진측으로 작동중인지 제동측으로 작동되는지를 검출함과 동시에 PWM값 입력부(10)에서는 기관사에 의해 마스콘(7)이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 변환하여 읽어들이게 된다.
이 때, 추진신호와 제동신호는 72V 직류 전압이므로 컴퓨터(19)가 인식할 수 있는 DC/DC 변환부(11)(12)에서 이를 5V의 직류전압으로 변환시켜 준다.
또 마스콘(7)이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 변환하여 읽어내는 PWM값 입력부(10)의 출력신호는 4-96%의 값을 가지게 된다.
따라서, 신호변환기(13)에서는 상기 PWM값 입력부(10)에서 출력되는 추진 및 제동신호를 100분율로 환산하여 4～96%을 값이 0～100%의 값으로 변환시켜 주게 된다.
한편, 상기와 같이 주행속도와 위치 및 마스콘(7)의 상태를 검출하는 과정에서 각 차량의 전동기(14)에 설치되어 있는 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부(15)-(17)에서는 철도차량의 주행 중 전동기(14)에서 발생되는 전후, 좌우 및 상하방향에 대한 진동 가속도 값을 계속해서 검출하여 제 2 A/D 변환부(18)로 출력시켜 준다.
따라서, 상기 제 2 A/D 변환부(18)에서는 각각의 차량 전동기에 설치되어 있는 상기 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부(15)-(17)를 통해 아날로그신호로 검출되는 전동기의 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 값을 디지탈신호로 변환시켜 실시간으로 컴퓨터(19)에 전달하게 된다.
그러므로 상기 컴퓨터(19)에서는 상기한 각부의 출력신호 즉, 차륜과 마스콘(7)으로부터 읽어들이는 속도, 위치정보, 추진신호, PWM값 및 제동신호를 포함하여 각 전동기(14)들의 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 값을 실시간으로 읽어들여 자체내에 기억시킴과 동시에 그 내부에 기억된 전동기 진동 가속도 측정 프로그램을 수행하여 어느 전동기(14)에서 어떠한 진동이 발생되는지를 판단하게 된다.
즉, 상기 컴퓨터(19)에서 주행중인 전기철도차량의 전동기(14)들에 대한 상태를 측정할 때 그 시점에서의 주행속도 및 어느 지점을 주행중인지에 대한 위치 정보(KP; Kilo Post)를 읽어들임과 동시에 마스콘(7)의 각종 상태정보를 읽어들여 자체내에 기억함과 동시에 모니터(20)와 같은 출력장치에 이를 표시해 줌으로써 각각의 전동기(14)들에 대한 전후, 좌우, 상하방향 진동 가속도와 함께 마스콘의 정보는 물론 위치와 속도를 정확히 추적할 수 있는 것이다.
뿐만 아니라, 상기 컴퓨터(19)에서는 유무선 통신 인터페이스(21)(22)가 더 구비되어 있으므로 필요에 따라서는 상기와 같이 측정 및 검출된 전동기들의 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도와, 마스콘의 상태정보, 위치 및 속도 정보를 원격지의 철도운행 관리 시스템(23)에 전송시켜 역행, 타행, 제동상태에 따른 전동기 진동 가속도 변화를 정확히 알 수 있도록 할 수 있음과 동시에 이를 토데로 추진장치 제어알고리즘과 견인전동기 설계 및 해석 등의 여러 곳에 폭 넓게 이용하게 할 수 있다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안 된다.
본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로서, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않고, 다시 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명 시스템에 따르면, 주행중인 전기철도차량에서 각 차량에 설치된 전동기들에 대한 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 값과, 차량의 주행속도, 위치 정보, 마스콘의 위치에 따른 추진신호, PWM값 및 제동신호에 대한 정보를 동시에 측정하여 컴퓨터내에 기억시킴과 동시에 모니터를 통해 표시 및 원격지로 전송할 수 있도록 함으로써 역행, 타행, 제동상태에 따른 전동기 진동 가속도 변화를 정확히 알 수 있음은 물론 차후 추진장치 제어알고리즘과 견인전동기 설계 및 해석 등의 여러 곳에 폭 넓게 이용할 수 있어 전기철도차량의 안전성과 신뢰성 확보에 기여할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이 다.

Claims (4)

  1. 철도차량의 차륜에 설치되어 철도차량의 주행중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 발생하는 속도센서와;
    상기 속도센서를 통해 검출되는 단속 펄스의 주파수를 전압으로 변환하여 주는 주파수/전압 변환부와;
    상기 주파수/전압 변환부에서 출력되는 아날로그의 철도차량 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주는 A/D 변환부와;
    상기 A/D 변환부의 출력신호를 입력받아 철도차량의 현재 주행속도를 검출하는 차속 검출부와;
    상기 속도센서를 통해 검출되는 단속 펄스를 계수하는 카운터와;
    상기 카운터의 출력신호를 입력받아 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하여 그 위치를 검출하는 위치정보 검출부와;
    기관사에 의해 조작되는 마스콘이 추진측으로 작동되는지를 검출하는 추진신호 검출부와;
    기관사에 의해 조작되는 마스콘이 제동측으로 작동되는지를 검출하는 제동신호 검출부와;
    기관사에 의해 마스콘이 추진 또는 제동측으로 작동될 때 펄스폭 변조 방식(PWM)을 통해 그 위치 및 조작량에 부응하여 최대 동력 대비 %로 읽어들이는 PWM값 입력부와;
    상기 추진 및 제동신호 검출부에서 직류전압으로 출력되는 추진 및 제동전압을 컴퓨터가 인식할 수 있는 직류전압으로 변환시켜 주는 DC/DC 변환부와;
    상기 PWM값 입력부에서 출력되는 추진 및 제동신호를 100분율로 환산하여 변환시켜 주는 신호변환기와;
    각 차량에 설치되어 있는 전동기에서 전후, 좌우 및 상하방향으로 발생되는 진동 가속도를 검출하는 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부와;
    상기 전후/좌우/상하방향 진동 가속도 검출부를 통해 아날로그신호로 검출되는 전동기의 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 값을 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 2 A/D 변환부와;
    상기한 각부의 출력신호를 실시간으로 입력받아 각 차량의 전동기에서 발생되는 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도와 마스콘의 상태 및 주행속도와 위치정보를 기억함과 동시에 해당 정보를 출력하는 컴퓨터로 구성한 것을 특징으로 하는 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴퓨터는 주행중인 전기철도차량의 각 전동기들에 대한 전후, 좌우, 상하방향의 진동 가속도 값과, 차량의 주행속도, 위치 정보, 마스콘의 위치에 따른 추진신호, PWM값 및 제동신호를 실시간으로 모니터에 출력시켜 표시해 주는 것을 특징으로 하는 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴퓨터는 주행중인 전기철도차량의 특정 전동기에서 고장이 발생될 경우 그 시점에서의 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 값과, 차량의 주행속도, 위치 정보, 마스콘의 위치에 따른 추진신호, PWM값 및 제동신호를 유선 통신 인터페이스를 통해 원격지의 철도운행 관리 시스템에 실시간으로 전송시켜 주는 것을 특징으로 하는 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴퓨터는 주행중인 전기철도차량의 특정 전동기에서 고장이 발생될 경우 그 시점에서의 전후, 좌우, 상하방향에 대한 진동 가속도 값과, 차량의 주행속도, 위치 정보, 마스콘의 위치에 따른 추진신호, PWM값 및 제동신호를 무선 통신 인터페이스를 통해 원격지의 철도운행 관리 시스템에 실시간으로 전송시켜 주는 것을 특징으로 하는 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템.
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