KR100861925B1 - 자기부상열차의 부상제어 장치 및 부상제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기부상열차의 부상제어 장치 및 부상제어 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 상기 부상제어 장치에 구비되는 부상코일과 레일 사이의 자속변화에 따라 변화하는 갭 센서 출력값을 보상해줌으로써 부상제어의 신뢰성을 높일 수 있는 자기부상열차의 부상제어 장치 및 부상제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 장치는 레일과 부상코일 사이에 구비되어 상기 레일과 상기 부상코일 사이의 간격을 측정하는 갭 센서, 상기 갭 센서와 인접하여 구비되고 상기 레일과 상기 부상코일 사이에 형성되는 자속을 측정하는 자속측정 센서, 상기 갭 센서 및 자속측정 센서와 연결되어 출력값을 수신하고 상기 부상코일로의 전류전송을 제어하는 부상제어기를 포함하며, 상기 부상제어기는 상기 자속측정 센서에서 측정된 자속밀도 변화에 따라 변화하는 상기 갭 센서의 출력변화량을 상기 갭 센서에서 전송된 갭 센서 출력값에 보상하여 상기 부상코일로의 전류전송을 제어하는 것을 특징으로 한다.

자기부상열차, 부상제어, 갭 센서, 자속측정 센서, 홀 효과

Description

자기부상열차의 부상제어 장치 및 부상제어 방법{MAGNETIC LEVITATION CONTROL DEVICE FOR A MAGNETIC LEVITATION PROPULSION TRAIN AND THE METHOD THEREOF}

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 장치를 보여주는 도면,

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 장치를 보여주는 구성도,

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 센서의 출력값이 자기부상열차의 착지/부상시에 변화하는 특성을 보여주는 도면,

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 센서의 출력값이 자속밀도에 따라 변화하는 것을 보여주는 특성 그래프,

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 방법을 보여주는 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:갭 센서 200:자속측정 센서

300:부상제어기 400:부상코일

500:레일 600:선형전동기 코일

700:대차

본 발명은 자기부상열차의 부상제어 장치 및 부상제어 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 상기 부상제어 장치에 구비되는 부상코일과 레일 사이의 자속변화에 따라 변화하는 갭 센서 출력값을 보상해줌으로써 부상제어의 신뢰성을 높일 수 있는 자기부상열차의 부상제어 장치 및 부상제어 방법에 관한 것이다.

자기부상열차란 전자석의 자기력으로 레일 위를 부상하여 주행하는 차량으로써, 일반 철도차량의 바퀴가 수행하는 지지 및 안내 기능을 대차에 설치된 전자석에 의해 수행하게 된다.

또한, 갭 센서란 도체가 변화하는 자기장 속에 있을 때, 상기 도체에 유기되는 자속밀도의 크기에 따라 전류의 흐름이 발생하게 되고, 상기 전류의 세기에 의해 근접 정도를 측정하는 센서이다.

일반적으로 자기부상열차에 구비된 갭 센서는 레일을 타켓으로 하여 열차와 레일간의 거리를 비접촉으로 측정하게 되는데, 상기 갭 센서의 위치가 전자석과 추진모터에 근접하고 있기 때문에 외부 자계의 영향을 받게 된다.

따라서, 불규칙한 레일의 형상과 단차 및 차량의 주행속도에 따라 민감하게 변화하는 외부 자계의 영향으로 상기 갭 센서의 출력값이 왜곡되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 왜곡된 출력값에 의해 부상제어가 시행되어 자기부상열차의 부상제어에 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 외부 자계의 영향으로 왜곡된 갭 센서의 출력값을 보상해줌으로써 자기부상열차의 부상제어의 신뢰성을 향상시키는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 장치는 자기부상열차의 부상코일과 레일 간의 간격 제어를 위한 자기부상열차의 부상제어 장치에 있어서, 상기 레일과 상기 부상코일 사이에 구비되어 상기 레일과 상기 부상코일 사이의 간격을 측정하는 갭 센서, 상기 갭 센서와 인접하여 구비되고 상기 레일과 상기 부상코일 사이에 형성되는 자속을 측정하는 자속측정 센서, 상기 갭 센서 및 자속측정 센서와 연결되어 출력값을 수신하고 상기 부상코일로의 전류전송을 제어하는 부상제어기를 포함하며, 상기 부상제어기는 상기 자속측정 센서에서 측정된 자속밀도 변화에 따라 변화하는 상기 갭 센서의 출력변화량을 상기 갭 센서에서 전송된 갭 센서 출력값에 보상하여 상기 부상코일로의 전류전송을 제어한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 갭 센서는 하나 또는 다수개의 갭 센서로 구비되고 상기 자속측정 센서는 상기 갭 센서의 개수만큼 구비된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 무 상제어 방법은 자기부상열차의 부상코일과 레일 간의 자속밀도의 변화에 따른 갭 센서 출력특성곡선을 도출하는 단계, 상기 부상코일에 전류가 인가되어 상기 레일과 일정한 간격을 유지하며 상기 자기부상열차가 부상하는 단계, 상기 부상코일과 상기 레일 사이에 구비된 갭 센서 및 자속측정 센서로부터 출력값을 수신하는 단계, 상기 자속측정 센서로부터 측정된 자속밀도의 변화에 따른 갭 센서 출력변화량을 도출하는 단계, 상기 갭 센서로부터 측정된 갭 센서 출력값에 상기 갭 센서 출력변화량을 더하거나 빼주어 보상된 갭 센서 출력값을 도출하는 단계 및 상기 보상된 갭 센서 출력값으로 자기부상열차의 부상제어를 개시하는 단계를 포함한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 장치를 보여주는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 장치를 보여주는 구성도이다.

도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 장치는 갭 센서(100), 자속측정 센서(200) 및 부상제어기(300)를 포함하여 이루어진다.

상기 갭 센서(100)는 비접촉으로 자기부상열차와 레일 간의 거리를 측정하는 센서로써, 내부에 발진회로(미도시) 및 감지코일(미도시)이 구비되며, 상기 발진회로(미도시)가 상기 감지코일(미도시)에 고주파 전류를 발생시켜 상기 감지코일(미도시) 주변에 자계가 형성되고 상기 감지코일(미도시) 가까이에 강철과 도체를 접근시키면 상기 도체가 자속선을 끊어 와전류가 유기된다.

또한, 상기 갭 센서(100)에 유기되는 와전류는 상기 감지코일(미도시)에 대해 임피던스 부하가 변화된 것처럼 작용하여 상기 발진회로(미도시)의 동작점을 변경시키게 되고, 이때 역으로 고주파 전류가 발생하게 되어 상기 고주파 전류의 크기에 따라 상기 감지코일(미도시)과 상기 도체와의 거리를 측정하게 해준다.

또한, 상기 갭 센서(100)는 전류가 인가되어 전자석이 되는 부상코일(400)과 레일(500) 사이에 구비되며 자기부상열차가 부상, 착지 또는 이동할 때, 상기 부상코일(400)과 레일(500) 간의 거리(110)를 측정한다.

한편, 상기 갭 센서는(100)는 자기부상열차가 레일에 형성된 공극(510) 위를 이동할 때, 상기 공극(510) 감지를 위해 두 개의 갭 센서(100a,100b)가 쌍을 이루며 구비된다. 그러나 다수개의 갭 센서를 구비하여 정확한 부상제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있음은 물론이다.

따라서 상기 갭 센서(100)의 동작은 상기 부상코일(400)이나 상기 자기부상열차의 동력을 공급하는 선형전동기코일(600) 등에 의해 큰 외부 자계의 영향을 받게되고 상기 갭 센서(100)의 출력값에 오차가 유발된다.

상기 자속측정 센서(200)는 플럭스 센서 또는 홀 센서라고도 불리며 센서를 통과하는 자속밀도를 측정하는 센서로써 자속의 방향, 거리, 각도에 따라 출력값이 변한다.

또한, 상기 자속측정 센서(200)는 상기 갭 센서(100)와 인접하여 구비되며 바람직하게는 상기 갭 센서(100)의 개수만큼 구비된다.

또한, 상기 갭 센서(100)에 영향을 미치는 자속밀도를 측정하여 상기 갭 센 서(100)로부터 왜곡되어 출력되는 출력값에 상기 자속밀도 변화량에 따른 상기 갭센서(100)의 출력 변화값을 보상해준다. 즉, 이렇게 보상된 갭 센서 출력값으로 부상제어를 하게 되는 것이다.

따라서, 상기 갭 센서(100)에 외부 자계의 영향이 미쳐 센서 출력값이 왜곡된다 하더라도 왜곡된 출력값만큼 상기 자속측정 센서(200)를 이용하여 보상해줌으로 부상제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기 부상제어기(300)는 상기 갭 센서(100) 및 상기 자속측정 센서(200)와 연결되어 출력값을 수신하며, 상기 부상코일(400)로 전류전송을 제어한다.

또한, 내부에 A/D컨버터(미도시), 중앙처리장치(미도시) 및 메모리(미도시)를 포함하며, 상기 갭 센서(100)와 자속측정 센서(200)에서 출력된 출력값을 입력받는다.

또한, 상기 자속측정 센서(200)에서 입력된 자속밀도의 변화량에 따른 갭 센서(100) 출력값의 변화량을 미리 계산된 특성곡선(도 4 참조)에 따라 계산하여 상기 갭 센서(100)에서 입력된 출력값을 보상해주고 상기 보상된 갭 센서 출력값으로 상기 부상코일(400)로 전송되는 전류량을 제어한다.

즉, 상기 부상코일(400)에 흐르는 전류량을 제어하여 상기 부상코일(400)의 자기력을 조절함으로써, 상기 부상코일(400)과 레일(500) 간의 거리(110)를 제어하게 되는 것이다.

따라서, 외부 자계에 의해 왜곡된 상기 갭 센서(100)의 출력값을 보상해줌으로써 자기부상열차의 부상제어 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 센서의 출력값이 자기부상열차의 착지/부상시에 변화하는 특성을 보여주는 도면이다.

도 3 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 센서(100)에 고정된 타켓을 위치시켜 자기부상열차가 착지(110a)할 때와 부상(110a)할 때 발생하는 외부 자계와 동일한 외부 자계를 형성시켜주고 상기 갭 센서(100)의 출력 변화값을 측정하였다.

즉, 외부 자계의 영향이 없는 경우 테스트 센서에서 출력되는 갭이 일정하여야 하는데 자기부상열차의 착지(100a)상태와 부상(110b)상태에서 각각 출력값이 다르며, 착지(100a) 상태에서 부상(110b)상태로 넘어갈 때와 부상(110b)에서 착지(100a)상태로 넘어갈 때, 출력값이 급격히 변화하는 것을 알 수 있다.

또한, 테스트 센서가 두 개 구비된 것은 일반적으로 레일(500)의 공극(510)검출을 위해 두 개의 갭 센서가 구비되므로 두 개의 갭 센서로 시험하였으며 테스트 센서 1이 테스트 센서 2보다 외부 자계원에 더 가까이 있는 센서이다.

즉, 상기 갭 센서(100)는 외부 자계의 영향에 민감하다는 것을 알 수 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 센서의 출력값이 자속밀도에 따라 변화하는 것을 보여주는 특성 그래프이다.

도 4 는 도 3의 테스트 센서 1이 주위 자계에 의해 갭이 변화하는 것을 그래프로 도시한 것이고 테스트 센서 1의 출력 값이 주위 자계에 의해 최대 약 0.9mm의 오차가 발생하는 것을 알 수 있다.

일반적으로 상기 오차는 자기부상열차가 레일로부터 10mm 부상하는 것에 비 교하면 정교한 부상제어에 있어서 큰 값이라고 할 수 있다.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상열차의 부상제어 방법은 먼저 갭 센서(100)의 출력 값이 주위 자계에 의해 어떻게 변화하는지 알아보기 위해 자속측정 센서(200)에 의해 측정된 자속밀도에 따른 갭 센서(100)의 출력 값을 특성 곡선으로 도출하여 데이터화 한다(S1000).

다음, 자기부상열차의 부상코일(400)에 전류가 인가되어 레일(500)과 일정한 간격을 유지하며 부상하게 되고, 상기 갭 센서(100)와 자속측정 센서(200)로부터 출력값을 수신한다(S2000).

다음, 상기 S1000단계에서 도출된 데이터를 이용하여 상기 자속측정 센서(200)에서 측정된 자속밀도에서 갭 센서(100)의 출력값을 도출한다(S3000).

다음, 상기 갭 오차값에 따른 갭 센서 출력 변화량을 도출한다(S4000).

또한, 상기 갭 센서 출력 변화량은 아래의 식 1에 의해 도출된다.

식 1: 갭 센서 출력 변화량 + k(자속측정 센서 출력 변화량)=0 (k:coefficient)

즉, 상기 갭 센서 출력 변화량만큼 오차가 발생되는 것이다.

다음, 상기 갭 센서(100)의 출력값에 상기 갭 센서 출력 변화량을 보상해주고(S5000), 상기 보상된 갭 센서 출력값을 바탕으로 상기 부상코일(400)에 인가되는 전류를 제어하여 자기부상열차의 부상제어를 한다(S6000).

따라서, 외부 자계의 영향으로 왜곡된 갭 센서의 출력값을 보상해 줄 수 있 다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자기부상 열차의 부상제어시 외부 자계의 영향으로 왜곡된 갭 센서의 출력값을 보상해줄 수 있는 효과가 있다.

또한, 보상된 갭 센서의 출력값으로 자기부상열차의 부상제어를 함으로써 자기부상열차의 부상제어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 자기부상열차의 부상코일과 레일 간의 간격 제어를 위한 자기부상열차의 부상제어 장치에 있어서,

   상기 레일과 상기 부상코일 사이에 구비되어 상기 레일과 상기 부상코일 사이의 간격을 측정하는 갭 센서;

   상기 갭 센서와 인접하여 구비되고 상기 레일과 상기 부상코일 사이에 형성되는 자속을 측정하는 자속측정 센서;

   상기 갭 센서 및 자속측정 센서와 연결되어 출력값을 수신하고 상기 부상코일로의 전류전송을 제어하는 부상제어기를 포함하며,

   상기 부상제어기는 상기 자속측정 센서에서 측정된 자속밀도 변화에 따라 변화하는 상기 갭 센서의 출력변화량을 상기 갭 센서에서 전송된 갭 센서 출력값에 보상하여 상기 부상코일로의 전류전송을 제어하는 것을 특징으로 하는 자기부상열차의 부상제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 갭 센서는 하나 또는 다수개의 갭 센서로 구비되고 상기 자속측정 센서는 상기 갭 센서의 개수만큼 구비되는 것을 특징으로 하는 자기부상열차의 부상제어 장치.
3. 자기부상열차의 부상코일과 레일 간의 자속밀도의 변화에 따른 갭 센서 출력특성곡선을 도출하는 단계;

   상기 부상코일에 전류가 인가되어 상기 레일과 일정한 간격을 유지하며 상기 자기부상열차가 부상하는 단계;

   상기 부상코일과 상기 레일 사이에 구비된 갭 센서 및 자속측정 센서로부터 출력값을 수신하는 단계;

   상기 자속측정 센서로부터 측정된 자속밀도의 변화에 따른 갭 센서 출력변화량을 도출하는 단계;

   상기 갭 센서로부터 측정된 갭 센서 출력값에 상기 갭 센서 출력변화량을 더하거나 빼주어 보상된 갭 센서 출력값을 도출하는 단계; 및

   상기 보상된 갭 센서 출력값으로 자기부상열차의 부상제어를 개시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기부상열차의 부상제어 방법.

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