KR20090079320A - 자기부상열차용 레일 선형측정장치 - Google Patents

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KR20090079320A
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김성태
이진웅
박민우
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현대로템 주식회사
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Abstract

본 발명은 자기부상열차용 레일 선형측정장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 레일의 변형 또는 설치 오차 등의 레일의 선형이상을 측정하여 찾아낼 수 있으며 레일의 선형에 대한 정보를 저장할 수 있는 작고 간편한 레일 측정장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레일의 내측면(732)에 대향되게 배치되어 레일 내측면의 선형상태를 측정하는 갭센서와, 상기 갭센서를 구비하고 있는 몸체와, 상기 갭센서의 높이를 조정할 수 있는 높이조절수단과, 레일을 따라 상기 몸체가 이동할 수 있도록 하는 구동부와, 상기 몸체가 레일에서 이탈하지 않도록 하는 지지수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
선형측정장치, 레일, 자기부상열차

Description

자기부상열차용 레일 선형측정장치 { RAIL LINEAR MEASUREMENT APPARATUS FOR RAIL OF MAGNETIC LEVITATION TRAIN }
본 발명은 자기부상열차용 레일 선형측정장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자기부상열차용 레일의 선형에 대한 이상 유무를 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.
자기부상열차는 전자석의 자기력을 제어하는 방식으로 레일에서 일정 높이로 부상하여 주행하는 차량으로, 일반 철도차량에서 바퀴가 수행하는 지지 및 안내 기능을 대차에 설치된 전자석이 수행하기 때문에, 열차의 몸체가 레일에 접촉되지 않아 열차의 몸체와 레일의 마찰에 의한 소음 및 진동이 제거됨으로써 고속 주행이 가능하다.
이처럼 자기력을 이용하여 차량을 선로로부터 부상시켜 물리적인 접촉을 하지않도록 하는 방법은 반발력(Repulsive Force)을 이용하는 방식과 흡인력(Attractive Force)을 이용하는 방식으로 나눌 수 있다.
반발력을 이용한 방식은 열차 하단에 장착된 영구자석과 레일이 서로 반대의 극성을 띄어야 하므로 레일에도 영구자석을 설치하거나 자력을 통과시키지 않는 초 전도 물질로 만들어진 레일이 필요하므로 현재 실용화되어 있지는 못하지만, 흡인력을 이용하는 방식은 레일을 가격이 저렴한 철을 이용하여 만들 수 있으므로 널리 실용화되어 있다.
이처럼 흡인력을 이용하여 자기부상열차는 도 7에 도시된 바와 같이 코일이 감긴 마그네트(712)와 상기 마그네트(712)의 양단에 설치된 폴(711a,711b)로 이루어진 전자석(710)에 자력이 형성되면 상기 폴(711a,711b)이 서로 다른 극성을 가진 자석이 되면서 상기 레일(730)의 양쪽 하단면(731a,731b)을 끌어당겨 상기 전자석(710)이 장착된 자기부상열차(미도시)가 부상하게 된다.
이때 상기 전자석(710) 위에 장착된 갭센서(720)를 통하여 상기 레일(730) 내측면(732)과 전자석(710) 위에 장착된 갭센서(720) 간의 센서갭(725)이 측정되고 상기 레일(730)의 양쪽 하단면(731a,731b)과 상기 폴(711a,711b) 사이의 부상갭(715)이 일정하게 유지되도록 상기 전자석(710)의 자기력이 제어되는데, 이때 상기 레일(730)의 변형 및 설치오차로 인해 레일(730)의 불규칙도가 커지게 되면 일정한 부상갭(715)의 유지가 어려워지게 된다.
이로 인해 자기부상열차가 레일(730)과 부딪쳐서 이탈하는 사고가 발생할 수도 있기 때문에 측정장비들을 통해 레일(730)에 대한 점검이 지속적으로 이루어져야만 한다.
종래에는 자기부상열차용 레일의 선형에 대한 이상 유무를 조사하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같은 수동 측량기계(800)가 사용되었다.
상기 측량기계(800)는 레일(730)의 양쪽 하단면(731a,731b)을 따라 측량기 계(800)가 굴러갈 수 있도록 측량기계(800) 몸체(810)의 전후방에 각각 두 개의 바퀴(820a,820b)가 장착되어 있고, 또한, 상기 측량기계(800)가 상기 레일(730)로부터 이탈되지 않도록 상기 몸체(810)의 좌우측면의 앞쪽과 뒤쪽에는 상기 레일(730)의 양쪽 하단면(731a,731b)의 아래쪽에 영구자석(830a,830b,830c,830d)이 고정설치되어 그 자력으로 상기 레일(730)의 양쪽 하단면(731a,731b)을 끌어당기도록 되어 있다. 또한, 상기 레일(730)의 상면(731)의 높이를 알 수 있도록 측정기계(800)의 일측에 세로로 장착된 투명자(840)를 구비하고 있다.
이러한 측량기계(800)를 사용하여 레일(730)의 선형을 측정하기 위해서는 상기 레일(730)에 측량기계(800)를 부착하고 레일(730)을 따라 수동으로 이동시키면서 상기 투명자(840)를 통해 상기 레일(730)의 상면(731)의 높이를 검시관이 확인하고, 높이가 불균일한 지점을 체크하여 수리해야만 했다.
이를 통해 레일(730) 상면(731)의 좌우 레벨의 변형을 대강이나마 측정하고 수리할 수 있었지만, 실제 자기부상열차의 갭센서(720)가 센서갭(725)을 측정하는 기준인 레일(730) 내측면(732)에 대한 선형 이상 유무는 정확히 판단하기 곤란했으며, 검시관이 상기 투명자(840)를 반드시 지켜보고 있어야만 하는 문제점이 있었기 때문에, 측정시간이 길고 인력과 비용이 많이 소요되었다.
본 발명은 전술한 종래의 자기부상열차용 레일 선형검사의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보다 구체적으로는 레일의 변형 또는 설치 오차 등의 레일의 선형이상을 측정하여 찾아낼 수 있으며 레일의 선형에 대한 정보를 저장할 수 있는 작고 간편한 레일 측정장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 자기부상열차용 레일 선형측정장치로서, 레일의 내측면(732)에 대향되게 배치되어 레일 내측면의 선형상태를 측정하는 갭센서와, 상기 갭센서를 구비하고 있는 몸체와, 상기 갭센서의 높이를 조정할 수 있는 높이조절수단과, 레일을 따라 상기 몸체가 이동할 수 있도록 하는 구동부와, 상기 몸체가 레일에서 이탈하지 않도록 하는 지지수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몸체는 레일의 좌우 선형상태를 측정하는 웨이브센서를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이를 통하여 검시관이 직접 눈으로 레일의 상태를 확인하지 않고도 레일의 선형이상을 점검할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 상기 몸체의 전방과 후방에 각각 하나씩 장착된 구동장치와, 상기 구동장치 중 적어도 하나를 동작시키는 구동모터로 구성되어 있으며, 상기 구동장치는 레일의 가로방향으로 긴 원통 형상을 하고 있는 두 개의 바퀴와, 상기 바퀴를 감싸고 있는 고무궤도와, 상기 바퀴가 회동가능하게 장착되어 있으며 상기 몸체에 장착되어 있는 구동대차를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이를 통하여 본 발명의 레일 선형측정장치를 수동으로 밀고 다니거나 레일상에서 구동부가 미끄러져서 진행하지 못하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 레일 선형측정장치는 상기 갭센서 및 웨이브센서와 연결되어 측정결과를 처리하는 정보처리수단과, 상기 정보처리장치와 연결되어 생성된 정보를 저장하는 정보저장수단과, 외부장치와 정보를 송수할 수 있는 통신수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
이를 통하여 레일의 선형상태에 대한 정보를 보관하여 선형측정이 끝난 후 컴퓨터로 전송하여 분석할 수 있기 때문에 레일의 상태에 대한 이력관리가 가능하다.
또한, 본 발명의 레일 선형측정장치는 상기 레일의 선형에 이상이 발견되는 지점에 대하여 상기 레일에 표시를 하는 표시장치를 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이를 통하여 레일에서 선형상태에 이상이 있는 지점을 쉽고 정확하게 파악할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정 장치는 레일의 선형상태를 측정하기 위하여 레일의 하단에 붙어서 이동하면서 갭센서와 웨이브센서 및 속도센서를 통해 레일의 상태를 파악하여 디지털화한 후 이를 저장함으로써 차후 분석프로그램이 작동하는 컴퓨터를 통해 분석할 수 있을 뿐 아니라 레일의 선형상태가 불량인 지점에 대해서 레일에 표시를 자동으로 해줄 수 있는 시스템이기 때문에 레일의 선형상태를 점검하기 위한 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시 예는 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 변형이 가능하며, 본 발명으로 한정하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일선형측정장치가 레일에 장착된 모습을 도시한 사시도이며, 도 3는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치의 측면도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치의 블럭도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치의 높이조절수단을 도시한 측면도이다.
상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치는 레일(730) 내측면(732)에 대향되게 배치되어 레일 선형상태를 측정하는 갭센서(110)와, 상기 레일(730)의 하단면(731a,731b)의 좌우 선형상태를 측정하는 웨이브센서(120a,120b)와, 상기 갭센서(110) 및 웨이브센서(120a,120b)가 장착되어 있는 직사각형의 몸체(130)와, 상기 레일(730)의 내측면(732)과 상기 갭센서(110) 사이의 거리(415)를 일정기준에 맞출 수 있도록 상기 갭센서(110)의 좌우 높이를 조정할 수 있는 높이조절수단(600)과, 상기 몸체(130)가 레일(730)을 따라 이동할 수 있도록 구동하는 상기 몸체(130)의 전방 및 후방에 설치된 구동부(150)와, 상기 몸체(130)가 자중에 의해 레일(730)로부터 이탈하지 않도록 상기 몸체(130)의 좌우측면의 앞쪽과 뒤쪽에 상기 레일(730)의 양쪽 하단면(731a,731b)의 아래쪽에 고정설치되어 상기 레일(730)의 양쪽 하단면(731a,731b)을 끌어당기도록 되어 있는 지지수단(160a,160b,160c,160d)들을 구비하고 있다.
또한, 도 5에 따르면, 본 발명에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치는 상기 갭센서(110)와 웨이브센서(120a,120b) 그리고, 상기 구동부(150)에 장착된 속도센서(530)와 연결되어 레일(730)의 각 구간에 대한 측정결과를 디지털화하는 정보처리수단(540)과, 상기 정보처리수단(540)과 연결되어 처리된 자료를 저장하는 정보저장수단(550)과, 상기 정보저장수단(550)에 저장된 자료가 외부로 전달될 수 있도록 상기 정보처리수단(540)과 연결되어 있는 통신수단(560)과, 상기 정보처리수단(550)의 명령에 따라 레일 위에 표시를 하는 표시수단(580)과, 상기 정보처리수단(550)에 필요한 전원을 공급하는 전원공급수단(570)이 연결되어 있다.
본 발명에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치(100)의 각 부분에 대한 설명과 기능을 보다 상세하게 설명하면, 상기 갭센서(110)는 상기 몸체(130)의 정중앙 위쪽에 장착되어 레일(730) 내측면(732)과 갭센서(110) 사이의 거리(415)를 측정하여 상기 정보처리수단(550)에 전달한다. 또한, 상기 웨이브센서(120a,120b)는 상기 몸체(130)의 양쪽 측면에 각각 하나씩 구비되어 상기 레일(730)의 양쪽 하단면(731a,731b)이 좌우로 휘어진 정도를 측정하여 상기 정보처리수단(550)에 전달한다. 또한, 상기 구동부(150)에 장착된 속도센서(530)는 구동부(150)로부터 레일 선형측정장치(100)의 이동속도를 측정하여 상기 정보처리수단(550)에 전달한다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 높이조절수단(600)은 상기 갭센서(100)가 얹히는 받침판(610)과 상기 받침판(610)의 구석 가장자리에 형성된 제1 나사홀(620a)에 볼트머리(633a)가 회전가능하게 고정된 제1 볼트(631)와, 상기 몸체(130)에 형성된 상기 제2 나사홀(620a)에 볼트머리(633b)가 회전가능하게 고정된 제2 볼트(632)와, 상기 제1 및 제2 볼트(631,632)의 일단이 내부에 나선이 형성된 나선관(635)에 각각 삽입되어 있는 형상으로 이루어진다. 상기 볼트머리(633a,633b)를 회전시켜 상기 제1 및 제2 볼트(631,632)의 일단이 각각 상기 나선관(635) 속으로 전진 또는 후진함으로써 상기 받침판(610)과 상기 몸체(130)의 간격이 줄어들거나 늘어나게 되어 상기 받침판(610)의 높이가 조절된다.
상기 구동부(150)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(130)의 전방과 후방에 각각 하나씩 장착되어 있는 구동장치(150a,150b)와 상기 구동장치(150a,150b)중 적어도 하나를 동작시키는 구동모터(미도시)로 구성되어 있으며, 상기 몸체의 전방에 설치된 구동장치(150a)는 레일(730)의 가로방향으로 긴 원통 형상을 하고 있는 두 개의 바퀴(151a,151b)와, 상기 바퀴(151a,151b)를 감싸고 있는 고무궤도(152)와, 상기 바퀴(151a,151b)가 회동가능하게 장착되어 있고 상기 몸체(130)에 장착되어 있는 구동대차(153)를 포함하고 있으며, 상기 구동대차(153)의 양쪽 측면에는 레일(730)의 측면을 외측으로 덮는 조향판(154a,154b)을 구비하고 있으며, 상기 몸체(130)의 후방에 장착되어 있는 구동장치(150b)는 상기 전방의 구동장치(150a)와 그 구성이 동일하다.
또한, 상기 몸체(130)의 전방에 장착된 구동장치(150a)에는 본 발명의 레일 선형측정장치(100)가 상기 레일(730)을 따라 움직이는 속도를 측정하기 위한 속도센서(530)가 구비되어 있다.
상기 정보처리수단(540)은 AD컨버터(미도시)와 CPU(미도시)를 구비하고 있으며, 상기 갭센서(110)와 웨이브센서(120a,120b) 및 구동장치(150a)에 장착된 속도센서(530)로부터 전송된 아날로그 측정값을 디지털 값으로 바꾸어 정보처리수단(550)에 저장할 뿐만 아니라, 상기 레일(730)에 선형이상이 있다록 판단되면, 상기 표시수단(580)를 통해 상기 레일(730)에 표시를 하여 추후 수리지점을 쉽게 찾을 수 있도록 한다.
상기 표시수단(580)은 상기 정보처리수단(540)의 지시에 따라 유성잉크로 상 기 레일(730) 위에 선형이상의 정도를 표시한다.
또한, 상기 정보저장수단(550)은 상기 정보처리수단(540)과 통신하여 디지털정보를 주고받는 역할을 하며, 무게가 가볍고 큰 용량을 저장할 수 있으며, 전원이 없어도 정보가 저장되는 플래시메모리가 권장된다.
상기 지지수단(160)은 본 발명의 레일 선형측정장치(100)가 자중에 의해 상기 레일(730)로부터 이탈되지 않도록 상기 몸체(130)의 좌우측면의 앞쪽과 뒤쪽의 레일(730)의 양쪽 하단면(731a,731b)의 아래쪽에 고정설치되는데, 자력으로 금속인 레일(730)을 끌어당기도록 영구자석이 사용된다.
상기 통신수단(560)은 무선랜장치로서 상기 정보처리수단(540)이 상기 정보저장수단(550)에 저장된 디지털 정보를 상기 통신수단(560)을 통하여 무선으로 외부 컴퓨터(미도시)로 전송하거나 상기 외부 컴퓨터(미도시)에 의한 상기 정보처리수단(540)의 펌웨어 업그레이드에 사용된다.
상기 전원공급수단(570)은 소형 DC-DC 아답터(미도시)를 구비한 배터리로서 레일 선형측정장치(100)의 몸체(130)에 장착되어 전원이 필요한 구동모터(미도시)와 정보처리수단(540) 및 정보저장수단(550)과 통신수단(560)에 연결되어 필요한 전원을 제공하게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치의 동작과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자기부상열차용 레일 선형측정장 치(100)와 높이조절수단(600)을 조정하여 상기 갭센서(110)와 레일(730) 내측면(732) 사이의 거리를 일정기준에 맞게 조정한 후, 상기 레일(730)에 장착시킨다.
그리고, 상기 레일 선형측정장치(100)와 무선네트워크가 연결된 노트북(미도시)의 제어프로그램을 통해 상기 레일 선형측정장치(100)를 동작시키면, 상기 레일 선형측정장치(100)는 레일(730)을 따라 주행하면서 상기 갭센서(110)를 통해 레일(730) 내측면(732)과 상기 갭센서(110) 사이의 거리(415)의 변화를 측정하고, 상기 웨이브센서(120a,120b)를 통해 레일(730)의 양쪽 하단면(631a,631b)이 좌우로 위어진 정도를 측정하며, 상기 속도센서(530)를 통해 상기 레일 선형측정장치(100)가 이동하는 속도를 측정하여 상기 정보처리수단(540)을 통해 디지털 정보로 변환하고 이를 상기 정보저장수단(550)에 저장하게 된다.
이때, 레일(730)의 선형에 문제가 발견되면 상기 정보처리수단(540)은 상기 표시수단(580)을 통하여 상기 레일(730) 위에 레일(730)의 상태를 고속으로 표시하게 되는데, 상기 레일(730)의 내측면(732)과 갭센서(110) 사이의 거리(415)의 크기가 기준 이하이면 푸른색 잉크로 표시하고, 기준이상이면 붉은색 잉크로 표시하되, 그 정도에 따라 표시되는 점의 크기를 달리하게 된다.
또한, 상기 정보저장수단(540)에 저장된 정보는 무선네트워크를 통해 상기 노트북(미도시)으로 전달되어 저장되며, 상기 노트북(미도시)에서 동작하는 분석프로그램에 의해 상기 레일(730)에 대한 선형이상이 판정되어 진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치의 사시도이다.]
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일선형측정장치가 레일에 장착된 모습을 도시한 사시도이다.
도 3는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치의 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자기부상열차용 레일 선형측정장치의 높이조절수단을 도시한 측면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100:레일 선형측정장치 110:갭센서
120:웨이브센서 130:몸체
150:구동부 160:영구자석

Claims (5)

  1. 자기부상열차용 레일 선형측정장치로서,
    레일의 내측면(732)에 대향되게 배치되어 레일 내측면의 선형상태를 측정하는 갭센서와,
    상기 갭센서를 구비하고 있는 몸체와,
    상기 갭센서의 높이를 조정할 수 있는 높이조절수단과,
    레일을 따라 상기 몸체가 이동할 수 있도록 하는 구동부와,
    상기 몸체가 레일에서 이탈하지 않도록 하는 지지수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 자기부상열차용 레일 선형측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체는,
    레일의 좌우 선형상태를 측정하는 웨이브센서를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 자기부상열차용 레일 선형측정장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동부는,
    상기 몸체의 전방과 후방에 각각 하나씩 장착된 구동장치와,
    상기 구동장치 중 적어도 하나를 동작시키는 구동모터로 구성되어 있으며,
    상기 구동장치는 레일의 가로방향으로 긴 원통 형상을 하고 있는 두 개의 바퀴와,
    상기 바퀴를 감싸고 있는 고무궤도와,
    상기 바퀴가 회동가능하게 장착되어 있으며 상기 몸체에 장착되어 있는 구동대차를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기부상열차용 레일 선형측정장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 본 발명의 레일 선형측정장치는,
    상기 갭센서 및 웨이브센서와 연결되어 측정결과를 처리하는 정보처리수단과,
    상기 정보처리장치와 연결되어 생성된 정보를 저장하는 정보저장수단과,
    외부장치와 정보를 송수할 수 있는 통신수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 자기부상열차용 레일 선형측정장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 본 발명의 레일 선형측정장치는,
    상기 레일의 선형에 이상이 발견되는 지점에 대하여 상기 레일에 표시를 하는 표시장치를 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 자기부상열차용 레일 선형측정장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100977468B1 (ko) * 2008-10-21 2010-08-23 한국전기연구원 자기부상 시스템용 갭 센서 위치조절장치
KR20180056850A (ko) 2016-11-21 2018-05-30 김인호 전차레일 자동 측정장치 및 그 방법

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