KR101495841B1

KR101495841B1 - 전동 열차의 진동 측정 장치

Info

Publication number: KR101495841B1
Application number: KR1020130011654A
Authority: KR
Inventors: 송영천
Original assignee: 케이티엠엔지니어링(주); 송영천; 한국철도기술연구원
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2015-03-04
Also published as: KR20140099003A

Abstract

본 발명은 전동 열차의 진동 측정 장치에 관한 것이고, 구체적으로 고속 전동 열차의 동력 대차에 설치되어 주행 과정에서 발생되는 진동을 측정하여 고속 전동 열차의 실시간 진단이 가능하도록 하는 전동 열차의 진동 측정 장치에 관한 것이다. 진동 측정 장치(10)는 전동 열차의 동력 대차(100)의 서로 다른 지점에 설치되는 다수 개의 진동 측정 센서(11a, 내지 11e); 다수 개의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)에 대한 연결을 설정하는 정션 박스(12); 및 정션 박스(12)를 경유하여 수신되는 신호를 처리하는 신호 처리 모듈을 포함하고, 상기 다수 개의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)의 각각은 부착되는 부분의 표면 형상에 적합한 부착 면을 가진 마그넷(magnet)(111), 마그넷(111)에 고정된 센서(112), 센서(112)와 마그넷(111을 보호하는 보호 캡(113)으로 이루어진다.

Description

전동 열차의 진동 측정 장치{Apparatus for Measuring Vibration of Electric Train}

본 발명은 전동 열차의 진동 측정 장치에 관한 것이고, 구체적으로 고속 전동 열차의 동력 대차에 설치되어 주행 과정에서 발생되는 진동을 측정하여 고속 전동 열차의 실시간 진단이 가능하도록 하는 전동 열차의 진동 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 고속 철도란 여객 철도의 일종으로 기존의 철도 차량에 비하여 빠른 차량을 의미하고 200 km/h 이상 또는 250 km/h 이상의 속도로 운행될 수 있도록 설계된 철도를 말한다. 철도는 철 차륜으로 이루어지거나 또는 자기 부상 방식으로 이루어질 수 있다. 철 차륜으로 운행되는 고속철도는 전동기로 차륜을 회전시켜 궤도를 달리는 방식이 사용되고 전차선에서 전력을 공급받아 차량으로 전달하는 팬터그래프(pantograph), 전차선에서 공급받는 전력의 전압을 변환시켜 전동기의 고정자 및 회전자에 전달하는 주변압기, 주변압기에서 전달되는 전압을 전동기 고정자에 전달하여 회전 자장을 발생시키는 모터 블록 및 모터 블록의 전력을 회전자를 통해 차륜으로 전달하는 보조 블록으로 이루어진 전동차; 모터 블록으로부터 전달되는 전류 및 주파수에 따라 출력을 발생시키는 견인 전동기(traction motor), 플렌지를 이용하여 견인 전동기와 결합된 감속기, 차체와 대차 사이의 상대 운동을 허용하도록 감속기와 차축 기어 감속 장치 사이에 위치하는 트리포드(treepod) 및 입력 기어와 차축 기어로 이루어지고 동력을 차축으로 전달하는 차축 치자 감속 장치로 이루어진 동력 대차; 그리고 차체의 하중을 지지하면서 견인력과 제동력을 전달하기 위한 관절 대차를 포함할 수 있다.

고속 철도는 전기에 의하여 운행되고 운행 시스템이 기간산업 형태가 되므로 차량 상태 또는 운행 상태에 대한 감시는 대형 안전사고의 발생을 방지하기 위하여 필수적으로 이루어져야 하고 자동으로 이루어지는 것이 유리하다. 그리고 이와 같은 감시는 실시간으로 이루어지는 것이 유리하다. 고속 철도의 전동 대차에 사용되는 감속 장치의 경우 주기적으로 점검하여 운행 과정에서 발생될 수 있는 결함을 방지하도록 하고 있다. 그러나 점검 주기에 비하여 부품이 빠르게 손상이 되면 운행 위험이 발생될 수 있고 그리고 부품 마모가 느리게 진행되면 불필요하게 부품이 교체될 수 있다는 문제점을 가진다. 고속 철도의 안전은 다양한 요인에 의하여 영향을 받을 수 있고 그리고 다양한 방법으로 고속 철도의 상태가 탐지될 수 있다. 고속 철도에서 발생되는 진동은 고속 열차의 진단에 필요한 다양한 정보를 제공할 수 있다.

진동 측정과 관련된 선행기술로 미국특허공보 US 7,487,679 '차량 진동 분석기(VEHICLE VIBRATION ANALYZER)'가 있다. 상기 선행기술은 차량 또는 산업 장비에서 발생되는 선형 또는 비틀림 진동을 측정하여 구동 라인을 따른 진동의 발생 원인을 정확하게 식별할 수 있도록 하는 진동 측정 장치에 대하여 개시하고 있다.

진동 측정과 관련된 다른 선행기술로 WO 2006/064303 '철도 트랙을 감시하기 위한 휴대용 장치(A PORTABLE APPARATUS FOR MONITORING RAILWAY TRACK)'이 있다. 상기 선행기술은 철도 차량 및 철도 트랙의 수직 및 수평 가속을 탐지 및 기록하기 위한 마이크로 컨트롤러 및 트랜스듀서 어셈블리, 분리 가능한 프린터 유닛, 전기 로터리 펄스 발생 장치, 사건 마커 유닛 및 외부 전력 공급원으로 이루어진 진단 장치에 대하여 개시하고 있다.

진동 측정과 관련된 다른 선행기술로 특허등록번호 제1066095호 ‘진동신호분석기법을 이용한 기어검사장치’가 있다. 상기 선행기술은 베드, 베드에 설치된 이송 레일에 설치되는 기어 장착 암, 검사하고자 하는 기어가 결합되는 검사 기어 스핀들, 베드의 상면에 장착되고 검사 기어와 맞물려 회전하는 상대 기어, 상대 기어에 적절한 부하가 걸리게 하는 부하 장치, 검시 기어 스핀들을 회전시키는 기어 구동 모터 및 진동 센서가 감지한 진동 신호를 분석하여 기어의 가공 이상 여부를 판단하는 컨트롤러로 이루어진 기어 검사 장치에 대하여 개시하고 있다.

선행기술에서 개시된 진동 측정과 관련된 시스템은 다양한 형태의 신호를 처리하기 어렵고 특정 구성 요소의 진단만 가능하다는 문제점을 가진다. 진동 측정 장치는 다양한 부위에서 발생되는 다양한 형태의 진동을 측정 및 분석하여 관련 장치 전체를 진단할 수 있도록 하는 것이 유리하다.

본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 전동 열차 또는 고속 전동 열차의 동력 대차에서 발생되는 신호를 탐지 및 처리하여 동력 대차의 작동 상태를 실시간으로 확인하며 고장의 원인을 사전 진단하여 예측 보전을 위한 자료를 제공할 수 있도록 하는 전동 열차의 진동 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 진동 측정 장치는 전동 열차의 동력 대차의 서로 다른 지점에 설치되는 다수 개의 진동 측정 센서; 다수 개의 진동 측정 센서에 대한 연결을 설정하는 정션 박스; 및 정션 박스를 경유하여 수신되는 신호를 처리하는 신호 처리 모듈을 포함하고, 상기 다수 개의 진동 측정 센서의 각각은 부착되는 부분의 표면 형상에 적합한 부착 면을 가진 마그넷(magnet), 마그넷에 고정된 센서, 센서와 마그넷을 보호하는 보호 캡으로 이루어진다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 진동 측정 센서는 감속기 또는 동력 대차의 프레임에 설치된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 진동 측정 센서는 ICP(Integrated Circuit Piezoelectric) 가속도 센서가 된다.

본 발명에 따른 진동 측정 장치는 고속 열차에 설치되어 실시간으로 고속 열차의 운행 상태가 진단될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 진동 측정 장치는 센서로 발생되는 신호를 분석하는 것에 의하여 다양한 원인으로부터 발생되는 진동을 측정하는 것에 의하여 고속 열차의 운행 상태를 종합적인 관점에서 진단될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 진동 측정 장치는 안전하게 설치되어 정확한 진동 측정이 가능하도록 한다는 장점을 가진다.

도 1a는 본 발명에 따른 진동 측정 장치가 설치된 실시 예를 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 진동 측정 장치에 적용되는 진동 측정 센서의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 진동 측정 장치가 적용될 수 있는 감속기의 실시 예를 도시한 것이고 그리고 도 2b는 도 2a에 적용되는 진동 측정 센서의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 진동 측정 장치에 의하여 고속 열차의 진단이 이루어지는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1a는 본 발명에 따른 진동 측정 장치가 설치된 실시 예를 도시한 것이고, 도 1b는 본 발명에 따른 진동 측정 장치에 적용되는 진동 측정 센서의 실시 예를 도시한 것이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 전동 열차의 진동 측정 장치(10)는 전동 열차의 동력 대차(100)의 서로 다른 지점에 설치되는 다수 개의 진동 측정 센서(11a 내지 11e); 다수 개의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)에 대한 연결을 설정하는 정션 박스(12); 및 정션 박스(12)를 경유하여 수신되는 신호를 처리하는 신호 처리 모듈을 포함하고, 상기 다수 개의 진동 측정 센서(11)의 각각은 부착되는 부분의 표면 형상에 적합한 부착 면을 가진 마그넷(magnet)(111), 마그넷(111)에 고정된 센서(112), 센서(112)와 마그넷(111)을 보호하는 보호 캡(113)으로 이루어진다.

본 발명에 따른 진동 장치(10)는 임의의 전동 열차에 설치될 수 있지만 바람직하게 고속 전동 열차에 적용될 수 있다. 다만 본 발명은 적용되는 전동 열차의 종류에 의하여 제한되지 않는다.

진동 측정 장치(10)는 다수 개의 진동 측정 센서(11a 내지 11e), 정션 박스(12) 및 신호 처리 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)는 전동 열차에서 진단에 필요한 신호를 발생시킬 수 있는 장치에 설치될 수 있고 정션 박스(12)는 각각의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)와 신호 처리 모듈 사이의 연결을 매개할 수 있다.

도 1a를 참조하면, 각각의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)는 동력 대차(100)의 감속기(103a 내지 103d), 기어 박스(104a, 104b) 및 대차 프레임(E1)에 설치될 수 있지만 필요에 따라 다른 적절한 위치가 선택될 수 있고 진동 측정 센서(11a 내지 11e)의 수는 특별히 제한되지 않는다. 일반적으로 동력 대차(100)는 프레임(E), 차륜 휠(102a, 102b), 차륜 휠(102a, 102b)에 설치되는 차륜(101a 내지 101d), 감속기(103a 내지 103d) 및 기어 박스(104a, 104b)를 포함할 수 있다.

동력 대차(100)는 차륜 휠(102a, 102b)에 대한 동력을 발생시키는 견인 전동기(도시되지 않음), 플렌지와 같은 장치에 의하여 견인 전동기에 연결되고 기어 장치를 통하여 견인 전동기의 회전력을 차축 기어 감속 장치로 연결하는 감속기(103a, 103b), 감속기(103a, 103b)와 차축 기어 감속 장치 사이에 위치하여 차체와 동력 대차(100)의 수직, 수평 및 회전 운동을 허용하며 견인 모터-감속기 어셈블리의 구동 토크를 차축 기어 감속 장치로 전달하는 트리포트 및 입력 축 기어와 차축 측 기어로 구성되는 차축 기어 감속 장치를 포함할 수 있다. 동력 대차(100)에서 동력은 견인 전동기, 감속기(103a, 103b), 트리포트, 차축 감속 장치, 차륜 휠(102a, 102b) 및 차륜(101a 내지 101d)로 전달될 수 있다.

본 발명에 따른 진동 측정 장치(10)는 동력 대차(100)의 서로 다른 위치에서 설치되어 발생되는 신호를 탐지하고 처리하여 동력 대차(100) 또는 전동 열차의 운행 상태를 진단할 수 있다. 진동 측정 장치(10)에서 처리되는 신호는 속도 데이터, 진동 데이터, 온도 데이터, 윤활 데이터와 같은 것이 될 수 있고 속도 데이터는 진동 측정 장치(10)에서 직접 탐지가 될 수 있지만 다른 장치로부터 전달받을 수 있다. 진동 데이터는 각각의 감속기(103a, 103b) 및 프레임(E)에 설치된 진동 측정 센서(11a 내지 11e)로부터 얻어질 수 있고 그리고 온도 데이터 및 윤활 데이터는 별도로 진동 측정센서(11a 내지 11e)에 포함된 센서 또는 별도의 센서로부터 얻어질 수 있다. 진동 측정 센서(11a 내지 11e)의 설치 위치는 제한되지 않고 동력 대차(100) 전체의 진동 상태를 측정할 수 있는 임의의 적절한 위치에 진동 측정 센서(11a 내지 11e)가 설치될 수 있다.

각각의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)에서 탐지된 신호는 정션 박스(12)를 통하여 연결 케이블(T6)을 이용하여 신호 처리 모듈로 전달될 수 있다. 정션 박스(12)는 멀티 커넥터 또는 단독 커넥터로 이루어질 수 있고 각각의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)로부터 입력 케이블(T1 내지 T5)을 통하여 입력되는 신호를 출력 케이블(T6)을 이용하여 신호 처리 모듈로 전달할 수 있다. 정션 박스(12)는 이 분야에서 공지된 임의의 형태가 될 수 있고 프레임(E)에 형성된 지지 플레이트(E1)와 같은 적절한 위치에서 고정될 수 있다. 정션 박스(12)는 이 분야에서 공지된 임의의 방법에 의하여 프레임(E)에 고정될 수 있고 본 발명은 정션 박스(12)의 종류, 고정 위치 또는 고정 방법에 의하여 제한되지 않는다.

각각의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)는 정해진 위치에 견고하게 고정되어 필요한 탐지 신호를 발생시킬 필요가 있다. 진동 측정 센서(11a 내지 11e)의 고정 방법에 대한 실시 예가 아래에서 설명이 된다.

도 1b를 참조하면, 감속기(103)와 같은 장치의 표면에 진동 측정 센서(11)가 설치되어 감속기(103)에서 발생되는 진동이 탐지될 수 있다. 진동 측정 센서(11)는 해당되는 장치에 견고하게 고정되어 있으면서 감속기(103)에서 발생되는 진동을 왜곡이 되지 않은 상태로 탐지할 수 있어야 한다. 진동 측정 센서(11)는 마그넷(111) 또는 슈퍼 마그넷(super magnet)과 같은 고정 수단에 의하여 감속기(103)에 고정될 수 있다. 슈퍼 마그넷(super magnet)은 예를 들어 네오디뮴-철-붕소와 같은 소재로 만들어진 네오디뮴 자석과 같은 것이 될 수 있고 산화 방지를 위하여 표면 코팅이 될 수 있다. 또한 마그넷(111)은 표면 형상에 대응되는 부착 면 구조를 가질 수 있다. 슈퍼 마그넷과 같은 강한 자성을 가진 소재가 사용되는 것은 부착되는 면의 크기를 감소시키고 이로 인하여 진동이 정확하게 센서(112)로 전달될 수 있도록 하기 위한 것이다. 마그넷(111)의 중앙 부분에 고정 커넥터(112a)에 의하여 마그넷(111)에 고정되는 센서(112)가 설치될 수 있다. 고정 커넥터(112a)는 예를 들어 나사 결합과 같은 방식에 의하여 마그넷(111)에 고정되거나 또는 다른 적절한 방식에 의하여 마그넷(111)에 고정될 수 있다. 센서(112)를 마그넷(111)에 고정하는 경우 고정 커넥터(112a)는 가능한 감속기(103)에서 발생된 진동 신호가 왜곡되지 않으면서 정확하게 전달할 수 있는 구조를 가지는 것이 유리하다. 이를 위하여 고정 커넥터(112a)는 예를 들어 실린더 형상이 될 수 있고 그리고 고정 커넥터(112a)에 실린더의 외경에 대응되는 홀이 형성될 수 있다. 그리고 고정 커넥터(112a)는 탄성을 가진 밀도가 높은 금속 소재로 만들어질 수 있고 탄성에 의하여 강제 끼움 방식으로 홀에 결합될 수 있다. 다른 한편으로 센서가 수용되는 하우징도 동일하게 실린더 형상으로 만들어질 수 있고 하우징의 바닥면이 마그넷(111)에 접촉하도록 설치될 수 있다. 이와 같이 진동 측정 센서(11)는 감속기(103)의 진동 신호가 왜곡되지 않고 전달될 수 있는 구조를 가지는 것이 유리하다. 마그넷(111) 및 센서(112)는 밀폐 기능을 가지는 접착제(114)에 의하여 감속기(103)에 고정되는 보호 캡(113)의 내부에 수용될 수 있다. 보호 캡(113)은 예를 들어 진동 흡수가 가능한 폴리우레탄 폼, 실리콘 또는 고무와 같은 소재로 만들어질 수 있고 마그넷(111)과 센서(112)는 보호 캡(113)의 내부에 채워지는 형태로 고정될 수 있다. 보호 캡(113)이 진동 흡수 소재로 만들어지는 것은 전달되는 진동이 보호 캡(113)에 의하여 왜곡이 되고 이로 인하여 교란 신호가 발생되는 것을 방지하기 위한 것이다. 다양한 형태의 진동 흡수 소재로 보호 캡(113)이 제조되거나 또는 보호 캡(113)의 내부에 설치될 수 있다. 보호 캡(113)은 마그넷(111)과 함께 접착제(114)에 의하여 감속기(103)에 고정될 수 있다. 접착제(114)는 예를 들어 수지 접착제와 같은 것이 될 수 있고 마그넷(111)과 센서(112)를 외부에 대하여 밀폐시키는 방법으로 보호 캡(113) 및 마그넷(111)을 감속기에 고정시킬 수 있다.

진동 측정 센서(11)에서 측정된 신호는 전송 케이블(T)을 통하여 신호 처리 모듈로 전달될 수 있다. 필요에 따라 진동 측정 센서(11)는 기계적 신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 신호 변환 유닛(115)을 포함할 수 있다. 진동 측정 센서(11)는 트랜스듀서의 구조를 가지므로 별도의 신호 변환 유닛(115)이 반드시 설치되어야 하는 것은 아니다. 다른 한편으로 신호 변환 유닛(115)은 증폭기 또는 필터 장치를 포함할 수 있다. 진동 측정 센서(11)에 전달된 진동 신호는 신호 처리 모듈에서 처리 및 분석이 되어 동력 대차 또는 고속 열차의 상태를 진단하기 위한 자료로 사용될 수 있다.

다양한 방법으로 진동 측정 센서(11)는 감속기(103) 또는 동력 대차의 다른 장치에 고정되어 동력 대차에서 발생되는 진동을 탐지할 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

아래에서 본 발명에 따른 진동 측정 장치로부터 얻어지는 진단을 위한 신호의 처리 과정에 대하여 설명된다.

도 2a는 본 발명에 따른 진동 측정 장치가 적용될 수 있는 감속기의 실시 예를 도시한 것이고 그리고 도 2b는 도 2a에 적용되는 진동 측정 센서의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2a를 참조하면, 전동 열차의 동력 전달 구조 또는 동력 대차는 견인 전동기에 결합되는 모터 감속기(M), 모터 감속기에 의하여 구동되고 출력을 전달하는 슬라이딩 드라이브(S) 및 슬라이딩 드라이브(S)로부터 전달된 동력으로 차륜 축을 회전시키는 차축 기어 감속기(G)로 이루어질 수 있다. 모터 감속기(M)는 모터 피니언(131), 변속 기어 휠(132) 및 모터 출력 기어(133)로 이루어질 수 있고 그리고 차축 기어 감속기(G)는 축 입력 기어(134) 및 축 기어로(135)로 이루어질 수 있다. 실린더 구조의 슬라이딩 드라이브(S)는 모터 출력 기어(133)와 축 입력 기어(134)를 연결시켜 동력을 전달할 수 있다. 견인 전동기에 설치된 모터의 동력은 위와 같은 방식으로 차륜(101)에 전달되어 레일(R)에서 가속되거나 또는 감속이 될 수 있다. 그리고 도 1a와 관련하여 설명이 된 것처럼, 진동 측정 센서는 감속기 또는 대차에 설치될 수 있다. 아래에서 감속기 또는 기어 박스에 설치되는 진동 측정 장치에 대하여 설명된다.

도 2b를 참조하면, 동력 대차의 감속기에 예를 들어 센서 감도(sensitivity)가 10 mv/g인 4개의 센서(11a, 11b, 11c, 11d)로부터 2개의 채널을 통하여 신호가 전달될 수 있고 그리고 프레임에 설치된 예를 들어 센서 감도가 100 mV/g인 하나의 센서로부터 1개의 채널을 통하여 진동 신호가 전달될 수 있다. 본 발명에 따른 진동 측정 장치는 진동 측정 센서(11a 내지 11e)에 추가하여 온도 센서(21), 윤활유 상태 센서(22) 또는 속도 센서(23)를 포함할 수 있다. 각각의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)에서 탐지된 진동 신호는 신호 처리 모듈(24)에서 디지털 신호를 변환되어 신호 연산 장치(25)로 전달될 수 있고 그리고 처리된 신호는 다시 중앙 통제 서버(26)로 전달될 수 있다 다른 한편으로 온도 센서(21), 윤활유 상태 센서(22) 또는 속도 센서(23)는 각각 독립적으로 신호가 처리되어 신호 연산 장치(25)로 전달될 수 있다.

진동 측정 센서(11a 내지 11e)는 예를 들어 변위 센서, 속도 센서 또는 가속도 센서와 같은 것이 될 수 있고 바람직하게 ICP(Integrated Circuit Piezoelectric) 가속도 센서가 될 수 있다. 진동 측정 센서(11a 내지 11d)는 동력 대차의 횡 방향 및 축 방향의 진동을 측정하기 위하여 동력 대차의 선단 1차 감속기, 후단 2차 감속기, 후단 1차 감속기 및 선단 2차 감속기의 진동을 측정할 수 있고 그리고 진동 측정 센서(11e)는 또한 대차의 진동을 측정하여 별도의 데이터로 저장되도록 할 수 있다. 진동의 측정과 동시에 온도 또는 윤활유 상태와 같은 것이 탐지되어 진동 신호와 함께 신호 연산 장치(25)로 전달되어 전동 열차의 진단 신호로 사용될 수 있다.

아래에서 이와 같은 본 발명에 따른 진동 측정 장치에 의하여 전동 열차의 진단이 이루어지는 과정에 대하여 설명된다.

도 3은 본 발명에 따른 진동 측정 장치에 의하여 고속 열차의 진단이 이루어지는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 진동 측정 장치에서 발생된 신호는 매개변수 데이터로 변환될 수 있다. 매개변수 데이터란 전동대차의 상태를 파악하기 위하여 미리 설정되어 기준 값과 비교가 가능하도록 수치화가 된 데이터를 말한다. 매개변수 데이터는 예를 들어 선정 주파수대역(Bandwidth)의 진폭을 합산한 전체 에너지 값(Overall), 기어의 이빨이 맞물리는 부분 상태를 나타내기 위한 것으로 기어의 편심, 이빨 형상의 마모 또는 과도 백 래시를 나타내는 기어 이빨 주파수(GMF), 베어링의 내륜 주파수(BPFI), 베어링의 외륜 주파수(BPFO), 감속기 축 주파수(Shaft) 또는 베어링과 기어에서 발생하는 충격 진동의 첨단 값(Kurtosis)와 같은 것이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 추가로 전동대차의 온도 또는 윤활유의 온도도 마찬가지로 데이터 파라미터에 포함될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 진동 측정 장치에 의하여 전동 열차의 상태를 진단하기 위하여 먼저 시스템의 초기화가 진행될 수 있다(S11). 시스템의 초기화가 진행되면(S11) 동력 대차에 설치된 진동 측정 센서에서 진동, 온도 또는 윤활유의 온도와 같은 것이 측정되어 전기 신호로 변환될 수 있다. 측정된 신호는 예를 들어 진동 측정 센서에서 전달된 신호는 예를 들어 1 내지 3초와 같이 일정 시간 주기로 측정되어 전달될 수 있다. 진동 측정 센서가 가속도 센서가 되는 경우 주파수 대역별 가속도가 될 수 있다.

전달된 신호는 적절하게 연산이 되어(S131) 매개변수 데이터로 변환이 될 수 있다(S132). 이에 따라 예를 들어 전달된 신호의 연산(S131)은 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)과 같은 것이 될 수 있다. 그로부터 동력 대차의 상태를 점검하기 위한 매개변수 데이터가 생성되어(S132) 예를 들어 각 주파수 대역별 속도, 가속도 또는 변위의 실효치(RMS)(S141), 주파수 대역별 피크 값(Peak)(S142), 충격의 정도를 탐지하기 위하여 피크 값/실효치로 계산되어 파형의 첨예한 정도를 나타내는 파고율(Crest Factor: CoF)(S143), 과도기 값(Transient)(S144), 베어링 내륜 또는 외륜 주파수(BP)(S145) 또는 진단을 위하여 요구되는 기타 매개변수 데이터(ETC)(S146)가 산출될 수 있고 그에 따라 전체 값(OV)(S147) 및 파형(S148)이 생성될 수 있다.

관련 매개변수 데이터의 생성이 완료되어 주파수 대역별로 파형이 생성되면 중앙 제어 서버에 대한 전송을 위하여 접속 여부가 확인 될 수 있다(S15). 접속이 허용되면(YES) 관련 매개 변수 데이터가 중앙 제어 서버로 전송될 수 있다(S16). 이에 비하여 접속이 허용되지 않으면(NO) 다시 접속이 시도될 수 있고(S151) 그리고 이후 접속 여부가 확인될 수 있다(S152). 이후 정해진 회수로 접속 시도 및 접속 여부의 확인이 이루어질 수 있고 만약 계속적으로 접속이 허용되지 않으면(NO) 매개변수 데이터는 저장이 되고 다시 데이터 수집이 단계로 이행될 수 있다. 이에 비하여 접속이 허용되면(YES) 중앙 제어 서버로 매개변수 데이터가 전송될 수 있다(S16). 매개변수 데이터가 전송이 되면 수신 완료 여부가 확인이 될 수 있고(S17) 그리고 수신 완료가 확인이 되면 다시 데이터 수집 단계로 이행될 수 있다.

중앙 제어 서버는 전송된 데이터에 기초하여 전동 열차의 상태를 진단할 수 있고 진동 측정 장치는 운행 과정에서 일정 주기로 신호를 탐지하여 전송을 하므로 실시간으로 전동 열차의 상태를 진단하는 것이 가능하게 된다.

도 3에 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

100: 동력 대차
10: 진동 측정 장치
11a 내지 11e: 진동 측정 센서 12: 정션 박스
21: 온도 센서 22: 윤활유 상태 센서
23: 속도 센서 24: 신호 처리 모듈
25: 신호 연산 장치
111: 마그넷 112: 센서
113: 보호 캡 114: 접착제

Claims

전동 열차의 동력 대차(100)의 서로 다른 지점에 설치되는 다수 개의 진동 측정 센서(11a 내지 11e);
다수 개의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)에 대한 연결을 설정하는 정션 박스(12); 및
정션 박스(12)를 경유하여 수신되는 신호를 처리하는 신호 처리 모듈(24)을 포함하고,
상기 다수 개의 진동 측정 센서(11a 내지 11e)의 각각은 부착되는 부분의 표면 형상에 적합한 부착 면을 가진 마그넷(magnet)(111), 마그넷(111)의 중앙 부분에 고정 커넥터(112a)에 의하여 고정되는 센서(112) 및 센서(112)와 마그넷(111)을 보호하기 위한 보호 캡(113)으로 이루어지고, 상기 커넥터(112a)는 탄성을 가진 밀도가 높은 금속 소재로 형성되고, 보호 캡(113)은 진동 흡수 소재로 만들어지고 그리고 센서(112)와 마그넷(111)은 접착제(114)에 의하여 보호 캡(113)의 내부에 밀폐가 되는 것을 특징으로 하는 전동 열차의 진동 측정 장치.
청구항 1에 있어서, 진동 측정 센서(11a 내지 11e)는 ICP(Integrated Circuit Piezoelectric) 가속도 센서가 되고 그리고 감속기(103) 및 동력 대차의 프레임(E)에 설치되어 주파수 대역별 가속도가 측정이 되는 것을 특징으로 하는 전동 열차의 진동 측정 장치.
청구항 1에 있어서, 온도 센서(21) 및 윤활유 상태 센서(22)를 더 포함하고, 상기 온도 센서(21) 및 윤활유 상태 센서(22)에서 탐지된 신호는 상기 신호 처리 모듈(24)에서 처리된 신호와 함께 신호 연산 장치(25)로 전달되는 것을 특징으로 하는 전동 열차의 진동 측정 장치.