KR20190001673U - 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 측정 전압과 측정 전류에 대하여 주파수 변환(시간에 따른 신호 파형을 주파수 영역으로 변환)을 수행함과 더불어 이러한 주파수 변환을 통해 확인되는 주파수 성분(파형의 유형 등)에서 이상 주파수가 존재하는지를 동시에 확인하고, 이러한 확인을 통해 전압 및 전류 모두에서 이상이 발생되었을 경우 결함으로 진단함에 따라 높은 신뢰성의 결함진단이 이루어질 수 있도록 하면서도 빠른 결함 진단이 이루어질 수 있도록 한 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치가 제공된다.

Description

철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치{defection detecting system of DC motor for a door of train}

본 고안은 결함진단장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 철도차량용 출입문 도어를 여닫는데 사용되는 직류모터에 대한 결함의 진단을 손쉽게 수행할 수 있도록 하면서도 직류모터를 철도차량으로부터 분리하지 않고 해당 철도차량이 장착된 상태로 결함 진단을 수행할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치 및 이를 이용한 직류모터 결함진단방법에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량의 자동 출입문 도어는 출입구를 개폐하는 역할을 한다.

이와 같은 출입문 도어는 하나로만 제공되거나 혹은, 두 개가 한 쌍을 이루도록 제공되면서 레일을 따라 슬라이딩 이동될 수 있도록 구성되며, 이때 상기 출입문 도어의 구동력은 정역 구동이 가능한 직류모터에 의해 제공된다.

전술된 바와 같은 출입문 도어의 개폐를 위한 구조에 관련하여는 등록특허 제10-0517026호, 등록특허 제10-1383459호, 등록특허 제10-1268755호, 등록실용신안 제0-0402374호 등에 제시되고 있는 바와 같다.

한편, 전술된 출입문 도어의 경우는 승객의 안전에 관련한 제품이기 때문에 상기 직류모터의 결함을 미연에 확인하고 유지보수하는 것이 매우 중요하다.

즉, 직류모터는 영구자석형 계자 및 코일에 전류가 흘러 자계를 형성하는 전기자로 형성됨과 더불어 계자 자속과 전기자 자속이 항상 90도를 유지하도록 정류자 및 상기 정류자에 전기를 공급하기 위한 브러시로 구성되어 있으며, 직류모터에 전기를 공급하여 연속적으로 회전토크를 인가하면 정류자와 브러쉬에 걸리는 전압 및 회로에 흐르는 전류에 의해 정류자와 브러쉬간에 불꽃과 함께 열이 발생하여 상기 정류자 및 브러쉬가 손상되고, 이렇게 손상된 브러쉬 및 정류자에 의해 직류모터가 정상적으로 동작하지 못하게 되므로, 상기 직류모터의 수시적인 점검을 통한 결함 진단이 매우 중요하였던 것이다.

물론, 종래에도 등록실용신안 제20-0265945호, 등록특허 제10-0126410호, 공개특허공보 제10-2002-0047778호, 등록특허 제10-1551099호 등에 제시되고 있는 바와 같이 모터의 고장 여부를 판단하는 다양한 기술이 제공되고 있으며, 이를 통한 직류모터의 정확한 진단이 이루어질 수 있도록 하고 있다.

하지만, 종래에는 상기한 철도차량에 사용되는 직류모터의 경우 철도차량의 주기적 진단시 해당 철도차량으로부터 분리한 후 별도의 진단 장치에 설치하여 그 진단을 수행하였기 때문에 사실상 수시적인 진단을 통한 유지보수가 이루어지지 못하였다.

등록특허 제10-0517026호 등록특허 제10-1383459호 등록특허 제10-1268755호 등록실용신안 제0-0402374호 등록특허 제10-1334751호

본 고안은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 철도차량용 출입문 도어를 여닫는데 사용되는 직류모터에 대한 결함의 진단을 손쉽게 수행할 수 있도록 하면서도 직류모터를 철도차량으로부터 분리하지 않고 해당 철도차량이 장착된 상태로 결함 진단을 수행할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치 및 이를 이용한 직류모터 결함진단방법을 제공하고자 한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치에 따르면 전원을 공급하지 않고 수동 조작에 의한 직류모터의 회전시 회전자 코일에 유기되어 발생하는 역기전압파형의 전압 신호를 측정하는 전압측정부; 전원을 공급하지 않고 수동 조작에 의한 직류모터의 회전시 저항소자에 흐르는 유기전류파형의 전류 신호를 측정하는 전류측정부; 상기 전압측정부를 통해 확인된 역기전압파형 및 전류측정부를 통해 확인된 유기전류파형을 이용하여 상기 직류모터의 결함을 진단하는 결함진단모듈;을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 결함진단모듈은 상기 전압측정부 및 전류측정부에서 측정되어 제공되는 전압 신호 및 전류 신호를 시그널 컨디셔닝과 아날로그를 디지털값으로 변환하여 입력받는 신호입력부와, 상기 입력받은 전압 신호와 전류 신호의 특징을 추출하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 추출된 특징에 근거하여 결함여부를 판단하는 결함진단부와, 상기 신호입력부를 통해 입력된 전압 신호와 전류 신호를 저장하는 신호저장부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단방법에 따르면 부하가 연결되어 있는 직류모터의 입력회로를 외부 전원과 분리하고, 이 분리된 입력회로에는 저항소자를 연결함과 더불어 전압측정부 및 전류측정부를 각각 연결하는 준비단계; 상기 준비단계의 완료 후 상기 직류모터에 연결되어 있는 부하를 조작하여 상기 직류모터를 정역 반복하여 회전시키는 수동 조작단계; 상기 수동 조작단계에 의한 직류모터의 정역 반복적인 회전시 상기 직류모터의 회전시 회전자 코일에 유기되어 발생하는 역기전압파형의 전압 신호를 확인함과 더불어 상기 저항소자에 흐르는 유기전류파형의 전류 신호를 확인하는 신호 측정단계; 상기 확인된 역기전압파형 및 유기전류파형을 이용하여 상기 직류모터의 결함을 진단하는 결함 진단단계;를 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 결함 진단단계에서는 각각의 신호에 대한 상기 역기전압파형 및 유기전류파형에서 순간적으로 튀는 과도적인 펄스 파형을 확인하는 파형 확인과정과, 상기 펄스 파형의 발생량과 상기 역기전압파형 및 유기전류파형의 주파수 성분에 대한 차이점을 확인하고, 이 확인된 펄스 파형의 발생량 및 주파수 성분에 대한 차이점이 정상일 경우와 비정상일 경우를 확인하는 비교과정과, 상기 비교과정의 결과를 통보하는 통보과정을 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 비교과정에서 각각의 신호 모두가 비정상으로 일치될 경우 해당 직류모터에 결함이 있음으로 판단함을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 고안의 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치 및 결함진단방법은 측정 전압과 측정 전류에 대하여 주파수 변환(시간에 따른 신호 파형을 주파수 영역으로 변환)을 수행함과 더불어 이러한 주파수 변환을 통해 확인되는 주파수 성분(파형의 유형 등)에서 이상 주파수가 존재하는지를 동시에 확인하고, 이러한 확인을 통해 전압 및 전류 모두에서 이상이 발생되었을 경우 결함으로 진단함에 따라 높은 신뢰성의 결함진단이 이루어질 수 있다는 효과를 가진다.

특히, 본 고안의 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치 및 결함진단방법은 외부로부터 별도의 전원을 공급하지 않은 상태로 직류모터에 대한 결함진단이 수행되기 때문에 진단 중 안전사고의 위험을 크게 줄일 수 있게 되며, 빠른 결함 진단이 가능하기 때문에 각 철도차량에 대한 수시적인 결함진단을 수행할 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치를 설명하기 위해 개략화하여 나타낸 블럭도
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도

이하, 본 고안의 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치 및 결함진단방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 1은 본 고안의 실시예에 따른 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치를 설명하기 위해 개략화하여 나타낸 블럭도이고, 도 2는 본 고안의 실시예에 따른 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도이다.

이에 따르면, 본 고안의 실시예에 따른 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치(이하, “결함진단장치”라 함)는 크게 전압측정부(100)와 전류측정부(200) 및 결함진단모듈(300)을 포함하여 이루어지며, 이를 통해 별도의 전원을 연결하지 않은 상태에서 직류모터(10)의 상태 확인이 가능하게 하여 안전하면서도 빠른 결함 진단이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 전압측정부(100)는 직류모터(10)의 회전시 발생되는 전압 신호를 측정하기 위해 제공되는 부위이다.

이와 같은 전압측정부(100)는 전원을 공급하지 않고 수동 조작에 의한 직류모터(10)의 회전시 회전자 코일에 유기되어 발생하는 역기전압파형의 전압 신호를 측정하도록 이루어진다.

다음으로, 상기 전류측정부(200)는 직류모터(10)의 회전시 발생되는 전류 신호를 확인하기 위해 제공되는 부위이다.

이와 같은 전류측정부(200)는 전원을 공급하지 않고 수동 조작에 의한 직류모터(10)의 회전시 저항소자(410))에 흐르는 유기전류파형의 전류 신호를 측정하도록 이루어진다.

다음으로, 상기 결함진단모듈(300)은 직류모터(10)의 결함을 진단하도록 제공되는 모듈이다.

이러한 결함진단모듈(300)은 상기 전압측정부(100)를 통해 확인된 역기전압파형 및 전류측정부(200)를 통해 확인된 유기전류파형을 이용하여 직류모터(10)의 결함을 진단하도록 이루어지며, 신호입력부(310)와, 신호처리부(320)와, 결함진단부(330) 및 신호저장부(340)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 신호입력부(310)는 상기 전압측정부(100) 및 전류측정부(200)에서 측정되어 제공되는 전압 신호 및 전류 신호를 시그널 컨디셔닝과 아날로그를 디지털값으로 변환하여 입력받는 부위이다.

또한, 상기 신호처리부(320)는 상기 신호입력부(310)가 입력받은 전압 신호와 전류 신호의 특징을 추출하는 부위이다.

또한, 상기 결함진단부(330)는 상기 신호처리부(320)에서 추출된 특징에 근거하여 결함 여부를 판단하는 부위이다.

또한, 상기 신호저장부(340)는 상기 신호입력부(310)를 통해 입력된 전압 신호와 전류 신호를 저장하는 부위이다.

물론, 상기 결함진단모듈(300)에는 각종 정보(결함 진단 정보)의 출력을 위한 디스플레이부(350)가 더 포함되어 구성될 수도 있다.

결국, 전술된 바와 같이 구성된 본 고안의 실시예에 따른 결함진단장치는 직류모터(10)가 철도차량에 장착된 상태로 외부로부터 별도의 전원을 공급받지 않더라도 해당 직류모터(10)에 대한 결함진단을 수행할 수 있기 때문에 검사시간이 짧고 장소의 구애를 받지 않기 때문에 수시적인 검사가 가능하다는 장점을 가진다.

하기에서는, 전술된 구성으로 이루어진 본 고안의 실시예에 따른 결함진단장치를 이용한 직류모터의 결함진단방법을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

우선, 결함진단을 수행하고자 하는 직류모터(10)가 결정되면 상기 결정된 직류모터(10)가 설치된 철도차량에서 본 고안의 실시예에 따른 결함진단장치를 연결하는 준비단계(S100)를 수행한다.

여기서, 상기 결함진단장치의 연결은 상기 진단하고자 하는 직류모터(10)의 입력회로(11)로부터 외부전원의 연결을 분리하고, 이렇게 분리된 입력회로에는 저항소자(410)를 연결한다. 이때 상기 직류모터(10)는 단순히 외부전원의 연결만 분리할 뿐 부하(출입문 도어)와의 연결은 유지된 상태를 이루도록 한다.

이와 함께, 상기 입력회로(11)에 본 고안의 실시예에 따른 결함진단장치의 전압측정부(100) 및 전류측정부(200)를 각각 연결함으로써 결함진단을 위한 준비가 완료된다.

그리고, 상기 준비단계(S100)가 완료되면 직류모터(10)를 정역 반복하여 회전시키는 수동 조작단계(S200)를 수행한다.

이와 같은 수동 조작단계(S200)는 상기 직류모터(10)에 연결되어 있는 부하 즉, 출입문 도어(420)를 수동으로 개폐함으로써 이 출입문 도어(420)에 연결된 직류모터(10)가 상기 출입문 도어(420)에 연동되면서 정역 방향의 반복적인 회전을 수행하게 된다.

그리고, 상기한 수동 조작단계(S200)가 수행될 때에는 상기 수동 조작단계(S200)에 의한 직류모터(10)의 정역 회전에 의해 발생되는 전압 신호 및 전류 신호를 확인하는 신호 측정단계(S300)도 동시에 수행한다.

이와 같은 신호 측정단계(S300)시 확인되는 전압 신호는 상기 직류모터(10)의 회전시 회전자 코일에 유기되어 발생하는 역기전압파형의 전압 신호이고, 상기 전류 신호는 상기 입력회로(11)에 연결된 저항소자(410)에 흐르는 유기전류파형의 전류 신호이다. 이러한 각각의 파형은 주파수 변환(시간에 따른 신호 파형을 주파수 영역으로 변환)의 수행을 통해 확인된다.

이후, 상기 확인된 역기전압파형 및 유기전류파형을 이용하여 상기 직류모터(10)의 결함을 진단하는 결함 진단단계(S400)를 수행한다.

이와 같은 결함 진단단계(S400)에서는 각각의 신호에 대한 상기 역기전압파형 및 유기전류파형에서 순간적으로 튀는 과도적인 펄스 파형을 확인하고, 이러한 펄스 파형의 발생량과 상기 역기전압파형 및 유기전류파형의 주파수 성분에 대한 차이점을 확인한다.

즉, 직류모터(10)의 브러쉬와 정류자의 상태가 정상인 경우에는 역기전압의 파형은 안정된 형태로 측정되지만, 상기 브러쉬나 정류자가 손상된 경우 역기전압의 파형은 순간적으로 튀는 과도적인 파형들이 확인된다. 물론, 우연한 요인에 의해 일시적인 펄스 파형이 발생될 수도 있음을 고려할 때 이러한 펄스 파형의 발생량에 대한 확인을 통해 그 진단의 신뢰성을 높일 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 역기전압파형 및 유기전류파형의 주파수 성분에 대한 차이점의 확인은 일반적인 유형과 다른 유형의 이상 주파수가 존재하는지에 대한 유무의 확인을 의미하며, 이러한 이상 주파수가 존재할 경우를 이상 발생으로 인지하게 된다.

특히, 직류모터(10)의 상기 유기전류파형에 의해 획득되는 정보(측정 전류의 이상 주파수 유무 및 펄스 발생 횟수의 이상 유무)는 전술된 역기전압파형을 통해 확인된 브러쉬나 정류자의 손상 여부에 대한 신뢰성을 보완해주는 역할을 한다. 물론, 상기 저항소자(410)의 유도 전류로부터 획득되는 정보를 통해 직류모터(10)의 축 또는 베어링의 이상 유무 또한 확인할 수 있다.

그리고, 전술된 바와 같이 펄스 파형의 발생량 및 주파수 성분에 대한 차이점이 확인되면 이러한 정보들이 정상일 경우와 비정상일 경우가 확인되고, 이를 통해 각각의 신호 모두가 비정상으로 일치될 경우 해당 직류모터(10)에 결함이 있음으로 판단하며, 이후 이러한 결과를 디스플레이부로 통보한다.

이때, 상기 각 신호가 모두 비정상으로 일치될 경우에만 결함으로 판단하는 이유는 기본적으로 측정된 전압을 통한 이상 주파수의 발생 유무 및 펄스 발생 횟수의 정보로도 비정상이 판단될 수 있으나, 외부 요인에 의해 상기 이상 주파수가 발생되거나 펄스가 발생될 우려가 많음을 고려할 때 진단의 신뢰성을 높일 수 있도록 전류를 통한 주파수의 발생 유무 및 펄스 발생 횟수의 정보를 추가로 검증한 후 이러한 두 검증된 정보가 일치될 경우에만 사실상 해당 직류모터(10)가 비정상인 것으로 판단하는 것이 가장 높은 진단의 신뢰성을 얻을 수 있기 때문이다.

결국, 본 고안의 결함진단방법은 측정 전압과 측정 전류에 대하여 주파수 변환(시간에 따른 신호 파형을 주파수 영역으로 변환)을 수행함과 더불어 이러한 주파수 변환을 통해 확인되는 주파수 성분(파형의 유형 등)에서 이상 주파수가 존재하는지를 동시에 확인하고, 이러한 확인을 통해 전압 및 전류 모두에서 이상이 발생되었을 경우 결함으로 진단함에 따라 높은 신뢰성의 결함진단이 이루어질 수 있게 된다. 즉, 본 고안의 결함진단방법은 전압파형과 전류 파형을 모두 이용하는 방식이기 때문에 전기적 결함에 대한 신뢰성 높은 결함진단이 이루어질 수 있는 것이다.

특히, 본 고안의 결함진단방법은 외부 요인에 의한 진단의 신뢰성 저하를 방지할 수 있도록 외부로부터 별도의 전원을 공급하지 않은 상태로 직류모터(10)에 대한 결함진단이 수행되기 때문에 진단 중 안전사고의 위험을 크게 줄일 수 있게 되며, 빠른 결함 진단이 가능하기 때문에 각 철도차량에 대한 수시적인 결함진단을 수행할 수 있게 된다.

10. 직류모터 100. 전압측정부
200. 전류측정부 300. 결함진단모듈
310. 신호입력부 320. 신호처리부
330. 결함진단부 340. 신호저장부
350. 디스플레이부 410. 저항소자
420. 출입문 도어

Claims (2)

1. 전원을 공급하지 않고 수동 조작에 의한 직류모터의 회전시 회전자 코일에 유기되어 발생하는 역기전압파형의 전압 신호를 측정하는 전압측정부;
   전원을 공급하지 않고 수동 조작에 의한 직류모터의 회전시 직류모터의 입력회로에 외부전원을 분리한 후 해당 입력회로에 연결한 저항소자에 흐르는 유기전류파형의 전류 신호를 측정하는 전류측정부;
   상기 전압측정부를 통해 확인된 역기전압파형의 전압 신호 및 전류측정부를 통해 확인된 유기전류파형의 전류 신호를 주파수 변환하여 브러시나 정류자의 손상과 축 또는, 베어링의 이상 유무를 진단하는 결함진단모듈;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 결함진단모듈은
   상기 전압측정부 및 전류측정부에서 측정되어 제공되는 전압 신호 및 전류 신호를 시그널 컨디셔닝과 아날로그를 디지털값으로 변환하여 입력받는 신호입력부와,
   상기 입력받은 전압 신호와 전류 신호의 특징을 추출하는 신호처리부와,
   상기 신호처리부에서 추출된 특징에 근거하여 결함여부를 판단하는 결함진단부와,
   상기 신호입력부를 통해 입력된 전압 신호와 전류 신호를 저장하는 신호저장부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 철도차량용 출입문 도어의 직류모터 결함진단장치.

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