KR101485355B1

KR101485355B1 - Lsm 특성 분석 시뮬레이션 장치

Info

Publication number: KR101485355B1
Application number: KR20140024212A
Authority: KR
Inventors: 구윤모
Original assignee: 주식회사 우진산전
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-01-26

Abstract

본 발명은 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 실제 차량과 선로에 LSM 모듈을 설치하지 않아도 쉽게 LSM 모듈을 설치하여 LSM 특성을 분석할 수 있으며, 시험 완료된 LSM 모듈의 해체와 교체도 용이하고, 대규모 공간이 필요하지 않은 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명을 적용하면, LSM 모듈의 특정을 분석하기 위한 장치의 제작이 매우 간단하며, 장치의 부피가 작으므로 큰 공간을 필요로 하지 않고, 제작 비용이 작으며, 다수의 LSM 모듈의 특성을 빠르게 분석할 수 있도록 LSM 모듈의 착탈이 쉽고, DC 전원을 투입하여 추력을 분석할 수 있으므로 경제성이 높고 콤팩트한 장치 구성이 가능하다는 장점이 있다.

Description

LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치{APPARATUS FOR ANALYZING CHARACTERISTICS OF LSM}

본 발명은 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 실제 차량과 선로에 LSM 모듈을 설치하지 않아도 쉽게 LSM 모듈을 설치하여 LSM 특성을 분석할 수 있으며, 시험 완료된 LSM 모듈의 해체와 교체도 용이하고, 대규모 공간이 필요하지 않은 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 최근 인구의 증가와 생활영역의 확대, 고유가 등에 따라 대중교통의 혁신적인 수단에 대한 요구가 증가되어 왔으며, 차세대 교통시스템은 고속, 내구성, 안전성등과 같은 여러 요구사항을 만족하여야 하며, 편리하고 환경 친화적이며 유지보수가 간단하고 경량화 되어야 대량 운송수단으로서 적합하다.

자기부상열차는 이러한 요구조건을 만족하는 가장 적합한 시스템 중 하나로 부각되고 있으며, 속도 요구에 부응할 수 있는 최고의 고속 교통시스템 중에 하나이다.

‘LSM’은 선형동기전동기(Linear Synchronous Motor)의 약어이다.

통상적인 전동기는 회전형 유도 전동기로서, 기존의 회전운동을 하는 전동기로서, 원형의 형상을 가지면서 한 곳에서 회전운동만을 하기 때문에 특성 분석이 가능하였다.

하지만, LSM의 경우에는 회전운동이 아닌 직선운동을 하기 때문에 일정 거리의 직선 시험구간이 확보되어야 하고, 1차측 코일과 2차측 추친레일 사이의 간격이 서로 밀착되지 않고 일정한 간격을 유지해야만 한다.

도 1을 통해 실제 자기부상 열차에 적용된 LSM에 대해 살펴본다. 도 2는 종래의 자기부상열차에 적용된 LSM의 인가전원 특성을 도시한 그래프이다.

초고속 자기부상철도 시스템(Super Speed Maglev System)은 선로구축물, 차량, 추진, 전력이 서로 결합하여 초고속 자기부상철도가 정해진 운행계획에 따라 운행하는 시스템으로 운행속도가 400km/h 이상인 시스템을 의미한다.

초고속 자기부상철도는 상전도 흡인제어 방식(Electromagnetic suspension)의 자기부상철도로 정의하며, 추진 및 부상 원리는 아래의 설명과 같다.

아래 그림은 주요 사양과 차량의 안내 및 추진-부상 전자석의 구조이다. 차량의 추진은 선형동기전동기(Linear Synchronous Motor : LSM) 방식으로서, 지상 궤도에 설치된 3상 코일에 흐르는 전류의 크기와 주파수를 제어하여 추진력과 속도를 제어한다.

즉, 자기부상열차(2)는 차체(4)의 하부에 추진-부상용 전기자(18)가 구성된 바, 지지대차(6)가 차체(4)의 하부에 하방으로 형성되고, 상기 추진-부상용 전기자(18)는 그 지지대차(6)의 단부로부터 상방으로 입설되게 구성된다.

또한, 궤도(8)는 양측방으로 돌출된 구조체의 하면과 측면에 각각 LSM 계자(16)와, 가이드용 계자(12)가 부착되어져 있고, 상기 LSM 계자(16)는 상기 추진-부상용 전기자(18)와 마주보게 설치되며, 상기 가이드용 계자(12)와 마주보는 상기 지지대차(6)의 내측벽에는 가이드용 전기자(10)가 구성된다.

따라서, 상기 LSM 계자(16)와 상기 추진-부상용 전기자(18)는 전기자에 흐르는 전류를 제어함으로써 전자석과 궤도사이의 흡인력을 제어하여 간격이 유지되게 열차를 부상시키고, 추력이 발생되게 한다.

또한, 상기 가이드용 계자(12)와 가이드용 전기자(10)는 차량이 궤도에 충돌되지 않으면서 궤도상에서 안정적으로 주행할 수 있게 가이드하는 힘을 발생시킨다.

상기 추진-부상용 전기자(18)는 차량의 부상뿐 아니라 LSM 추진 시스템의 계자극으로 사용되며 N-S가 교대로 반복된 6개의 자극이 하나의 전자석을 구성한다. 8～10 mm의 부상공극에서 최고 500km/h의 주행이 가능하다.

이때, 상기 추진-부상용 전기자(18)와 상기 LSM 계자(16)를 묶어서 LSM 모듈(14) 또는 LSM PACK이라고 일컫는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 LSM 계자(16)에는 3상 교류의 전류가 인가되는 바, A상의 전류가 0이 되는 순간이 한 주기에 2번 나타나게 된다.

이때, 발생되는 추력은 추진체(추진-부상용 전기자)의 위치에 따라 달라지게 된다. 따라서, 종래의 LSM 특성 분석시스템에서는 추진체인 열차를 직접 이동시켜서 추력을 측정하고 분석하는 시험을 할 수 있었다.

하지만, 종래의 LSM 특성 분석시스템은 열차를 직접 이동시킬 수 있는 공간이 필요하고, 열차 이동을 위한 기본적인 구성들을 모두 갖추어야 하므로 시스템 구축 비용이 매우 크고, 새롭게 시험해야할 신규의 LSM모듈(14)을 차량에 직접 구축해야 하므로 시공 비용과 시간이 크다는 단점이 있었다.

특히, 다수개의 LSM모듈(14) 특성을 시험하기 위해서는 더 큰 시공비용이 필요하고, 더 큰 시공과 해제시간이 필요하므로 경제적으로 매우 불리하다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 실제 차량과 선로에 LSM 모듈을 설치하지 않아도 쉽게 LSM 모듈을 설치하여 LSM 특성을 분석할 수 있으며, 시험 완료된 LSM 모듈의 해체와 교체도 용이하고, 대규모 공간이 필요하지 않은 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 단면이 “ㄷ”자 형상으로 이루어지고 일정길이 수평방향으로 연장된 프레임(22)과; 상기 프레임(22)의 내부에 구비되고 LSM 모듈(26)의 자력에 의해 슬라이딩되는 중앙 지지대(32)와; 상기 프레임(22)의 바닥 상부에 구비되어 상기 중앙 지지대(32)의 슬라이딩을 가이드하는 LM 가이드부(34)와; 상기 중앙 지지대(32)의 상면에 부착되고, 전력을 투입받아 추력을 발생시키는 추진용 전기자(30)와, 상기 추진용 전기자(30)와 마주보는 면의 프레임(22)에 부착되어 상기 추진용 전기자(30)가 이동되게 하는 LSM 계자(28)로 이루어진 LSM 모듈(26)과; 상기 중앙지지대(32)의 이동이 물리적으로 정지되도록 상기 프레임(22)의 단부에 결합된 고정대(40)와; 상기 고정대(40)의 전면 소정부에 부착되고, 상기 중앙 지지대(32)의 가압에 의해 추력을 측정하기 위한 로드셀(38)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 추진용 전기자(30)와 LSM 계자(28)는 볼트의 결합 및 해제를 통해 착탈되게 된 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 LM 가이드부(34)는 상기 프레임(22)의 바닥면 중앙에 길이방향으로 부착되고 양측에 가이드홈이 구비된 LM 가이드레일(34a)과; 상기 LM 가이드레일(34a)에 결합되되, 상기 중앙 지지대(32)의 하단에 일정간격으로 결합되며, 그 양내측에 각각 상기 가이드홈에 결합되는 가이드돌기가 형성된 LM 가이드(34b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 프레임(22)은 그 양측 하단에 각각 볼트 결합으로 인해 지면에 고정되는 고정 브라켓(24)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 추진용 전기자(30)는 (B-)단에 양극(+)이 결합되고, (C-)단에 음극(-)이 결합되며, (B+)단과 (C+)단이 접속되게 DC 파워 서플라이(36)가 구비되어 3상 교류 전원을 대체하게 된 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치는 LSM 모듈의 특정을 분석하기 위한 장치의 제작이 매우 간단하며, 장치의 부피가 작으므로 큰 공간을 필요로 하지 않고, 제작 비용이 작으며, 다수의 LSM 모듈의 특성을 빠르게 분석할 수 있도록 LSM 모듈의 착탈이 쉽고, DC 전원을 투입하여 추력을 분석할 수 있으므로 경제성이 높고 콤팩트한 장치 구성이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 실시예에 따른 LSM이 적용된 자기부상열차의 구성을 도시한 도면,
도 2는 종래의 자기부상열차에 적용된 LSM의 인가전원 특성을 도시한 그래프,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치를 도시한 측단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치를 도시한 정면도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치의 결선상태를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치를 도시한 측단면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치를 도시한 사시도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치를 도시한 정면도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치의 결선상태를 도시한 도면이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치(20)는 실제 차량과 선로에 LSM 모듈을 설치하지 않아도 쉽게 LSM 모듈을 설치하여 LSM 특성을 분석할 수 있으며, 시험 완료된 LSM 모듈의 해체와 교체도 용이하고, 대규모 공간이 필요하지 않은 장치이다.

보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치(20)는 그 외부에 단면이 “ㄷ”자 형상으로 이루어지고 일정길이 수평방향으로 연장된 프레임(22)이 구성된다.

상기 프레임(22)은 수미터 정도의 길이를 갖게 구성될 수 있으며, 전체 장치의 부피를 작게 구성할 수 있다.

하편, 상기 프레임(22)의 내부에 구비되고 LSM 모듈(26)의 자력에 의해 슬라이딩되는 중앙 지지대(32)가 구성되는 바, 그 중앙 지지대(32)는 H빔의 형태로 이루어진 철제 재질의 지지대이다.

또한, 상기 프레임(22)의 바닥 상부에 구비되어 상기 중앙 지지대(32)의 슬라이딩을 가이드하는 LM 가이드부(34)가 구성되는 바, LM 가이드부(34)는 상기 추진용 전기자(30)와 LSM 계자(28)가 물리적으로 일정한 부상 공극을 유지할 수 있게 하고, 상기 중앙지지대(32)가 추력에 의해 이동할 때 가이드하는 구성이다.

바람직하게, 상기 LM 가이드부(34)는 상기 프레임(22)의 바닥면 중앙에 길이방향으로 부착되고 양측에 가이드홈이 구비된 LM 가이드레일(34a)과; 상기 LM 가이드레일(34a)에 결합되되, 상기 중앙 지지대(32)의 하단에 일정간격으로 결합되며, 그 양내측에 각각 상기 가이드홈에 결합되는 가이드돌기가 형성된 LM 가이드(34b)로 이루어진다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치(20)는 다른 자기부상 열차와 마찬가지로, LSM 모듈(26)이 구성되는 바, 그 LSM 모듈(26)은 상기 중앙 지지대(32)의 상면에 부착되고, 전력을 투입받아 추력을 발생시키는 추진용 전기자(30)와, 상기 추진용 전기자(30)와 마주보는 면의 프레임(22)에 부착되어 상기 추진용 전기자(30)가 이동되게 하는 LSM 계자(28)로 이루어진다.

이때, 상기 추진용 전기자(30)와 LSM 계자(28)는 볼트의 결합 및 해제를 통해 착탈되게 된다. 즉, 상기 추진용 전기자(30)와 LSM 계자(28)가 쉽게 해체되거나 결합될 수 있음으로 인해 신규한 상기 추진용 전기자(30)와 LSM 계자(28)의 특성을 시험하는 것이 매우 빠르고 편리하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치(20)는 상기 중앙지지대(32)의 이동이 물리적으로 정지되도록 상기 프레임(22)의 단부에 결합된 고정대(40)를 구비하고 있는 바, 상기 중앙지지대(32)가 추력에 의해 이동하다가 상기 고정대(40)에 일정한 압력으로 충돌하게 된다.

한편, 상기 고정대(40)의 전면 소정부에는 상기 중앙 지지대(32)의 가압에 의해 추력을 측정하기 위한 로드셀(38)이 부착된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치(20)는 상기 LSM 모듈(26)의 동작으로 인해 강한 추력이 발생되게 되므로 그 추력에 의한 충돌력으로 인해 상기 프레임(22)이 영향을 받지 않도록, 상기 프레임(22)은 그 양측 하단에 각각 볼트 결합으로 인해 지면에 고정되는 고정 브라켓(24)이 더 형성된다.

더욱 바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치(20)는 전원부인 파워서플라이도 간단하게 구성하여 용이한 제작이 가능하게 하고, 경제성을 높일 수 있도록 상기 추진용 전기자(30)는 (B-)단에 양극(+)이 결합되고, (C-)단에 음극(-)이 결합되며, (B+)단과 (C+)단이 접속되게 DC 파워 서플라이(36)가 구비되어 3상 교류 전원을 대체하게 된다.

즉, 상기 DC 파워 서플라이(36)는 3상 교류전원을 대체하도록 설치되고, 전력방식이 상이함으로 인한 추력값 차는 공지된 보상 연산 프로그램을 통해 연산하도록 함으로써 LSM 특성을 분석함에 있어서 지장을 받지 않게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

20:LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치, 22:프레임,
24:고정브라켓, 26:LSM 모듈,
28:LSM 계자, 30:추진용 전기자,
32:중앙지지대, 34:LM 가이드부,
36:DC 파워서플라이, 38:로드셀,
40:고정대.

Claims

단면이 “ㄷ”자 형상으로 이루어지고 일정길이 수평방향으로 연장된 프레임(22)과;
상기 프레임(22)의 내부에 구비되고 LSM 모듈(26)의 자력에 의해 슬라이딩되는 중앙 지지대(32)와;
상기 프레임(22)의 바닥 상부에 구비되어 상기 중앙 지지대(32)의 슬라이딩을 가이드하는 LM 가이드부(34)와;
상기 중앙 지지대(32)의 상면에 부착되고, 전력을 투입받아 추력을 발생시키는 추진용 전기자(30)와, 상기 추진용 전기자(30)와 마주보는 면의 프레임(22)에 부착되어 상기 추진용 전기자(30)가 이동되게 하는 LSM 계자(28)로 이루어진 LSM 모듈(26)과;
상기 중앙지지대(32)의 이동이 물리적으로 정지되도록 상기 프레임(22)의 단부에 결합된 고정대(40)와;
상기 고정대(40)의 전면 소정부에 부착되고, 상기 중앙 지지대(32)의 가압에 의해 추력을 측정하기 위한 로드셀(38)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치.
제 1항에 있어서,
상기 추진용 전기자(30)와 LSM 계자(28)는 볼트의 결합 및 해제를 통해 착탈되게 된 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치.
제 1항에 있어서,
상기 LM 가이드부(34)는,
상기 프레임(22)의 바닥면 중앙에 길이방향으로 부착되고 양측에 가이드홈이 구비된 LM 가이드레일(34a)과;
상기 LM 가이드레일(34a)에 결합되되, 상기 중앙 지지대(32)의 하단에 일정간격으로 결합되며, 그 양내측에 각각 상기 가이드홈에 결합되는 가이드돌기가 형성된 LM 가이드(34b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치.
제 1항에 있어서,
상기 프레임(22)은 그 양측 하단에 각각 볼트 결합으로 인해 지면에 고정되는 고정 브라켓(24)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치.
제 1항에 있어서,
상기 추진용 전기자(30)는 (B-)단에 양극(+)이 결합되고, (C-)단에 음극(-)이 결합되며, (B+)단과 (C+)단이 접속되게 DC 파워 서플라이(36)가 구비되어 3상 교류 전원을 대체하게 된 것을 특징으로 하는 LSM 특성 분석 시뮬레이션 장치.