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지은 정
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1 2014 년도한국철도학회춘계학술대회논문집 KSR2014S044 초고속자기부상철도용궤도검측차량개발및적용에관한연구 The Development and Application of Guideway Monitoring Vehicle for Super Speed Maglev 이진호 *, 조정민 *, 한영재 *, 이창영 * Jinho Lee *, Jeongmin Jo *, Youngjae Han *, Changyoung Lee * Abstract For high speed maglev using ElectroMagnetic Suspension(EMS) as levitation method, the gap between vehicle and guideway surface is maintained by only about 10mm. Therefore, to prevent the contact and improve the ride comfort, the guideway irregularity should be controlled below the certain level. Especially, the LSM stator pack attached under guideway should be clamped without any looseness, otherwise the serious collision would be happened. In this study, to monitor the guideway status, inspection vehicle is proposed and the monitoring algorithms are reviewed. Keywords : Maglev Train, Guideway, Monitoring, Rail inspection vehicle 초록상전도흡입방식을이용하는초고속자기부상철도의경우차량이궤도와불과 10mm 의간극으로부상하여운행하기때문에궤도의정밀도가매우중요하다. 특히궤도하부에설치된선형동기전동기의고정자유닛은차량의부상및추진력을발생시키는중요한요소로서여러가지요인에의해궤도와의연결상태가불량해져처짐이발생할경우에차량에심각한손상을줄수있음으로매우엄격하게관리되어야한다. 본연구에서는초고속자기부상철도용궤도의상태를실시간으로모니터링할수있는궤도검측차량개발에있어서필요한요구조건및검측알고리즘을검토하고자한다. 주요어 : 초고속자기부상열차, 가이드웨이, 모니터링, 궤도검측차량 1. 서론상전도흡입식의부상방식을이용하는초고속자기부상열차는운행시차량과궤도와의간극이 10mm 내외로매우작기때문에궤도의상태는차량의운행성능에큰영향을미친다. 특히궤도하부에설치되어차량의추진력과부상력을발생시키는선형동기전동기고정자유닛은초고속자기부상철도의핵심부품으로체결상태가양호하게유지되지않을경우차량의운행성능에나쁜영향을끼칠뿐만아니라자칫큰사고로이어질수있으므로엄격히관리되어야한다. 본연구에서는이러한초고속자기부상철도의궤도상태를종합적으로모니터링할수있는궤도검측차량의기본적인요구사항과주요항목에대한검측알고리즘을검토하고자하였다. 교신저자 : 한국철도기술연구원 (jinholee@krri.re.kr) * 한국철도기술연구원

2. 궤도검측차량설계 2.1 해외사례상전도흡입식의초고속자기부상철도를현재운행중인중국의경우 Fig. 1과같은검측차량을운영하고있다.

또한상용열차의운행중는열차에설치된 gap 센서및절대위치센서등을이용하여 LSM 추진유닛의체결정도에대한데이터를측정하고있으며 (Fig.

4와같은평가시스템을통해종합적인분석이수행되며특정위치에대한이력관리를통해장기적으로동향이파악된다. Fig.

2 Guideway monitoring system in Transrapid Fig. 3 Stator pack offset measuring Fig.

2 2. 궤도검측차량설계 2.1 해외사례상전도흡입식의초고속자기부상철도를현재운행중인중국의경우 Fig. 1과같은검측차량을운영하고있다. 열차의상용운행전에본검측차량을이용하여 LSM stator pack의체결정도, 케이블권선의양호정도및선로표면상태등을체크하고있다. 또한상용열차의운행중는열차에설치된 gap 센서및절대위치센서등을이용하여 LSM 추진유닛의체결정도에대한데이터를측정하고있으며 (Fig. 2), 측정된값이어느한도를초과할경우 alarm을발생을하도록되어있다 (Fig. 3). 이러한데이터들은 Fig. 4와같은평가시스템을통해종합적인분석이수행되며특정위치에대한이력관리를통해장기적으로동향이파악된다. Fig. 1 Transrapid maintenance vehicle Fig. 2 Guideway monitoring system in Transrapid Fig. 3 Stator pack offset measuring Fig. 4 Data evaluation and history management 2.2 궤도검측차량개념 Fig. 5는본연구를통해개발하고자하는궤도검측차량의개념도이다. 차량하부좌우에부착된전자석과궤도에설치된 LSM stator pack과의상호작용으로인해추진이이루어지며, 차량의지지및안내는 main roller, guidance roller 및 auxiliary roller를통해이루어진다. 대차

하부에설치된 gap 센서가 LSM stator pack의체결정도를모니터링하는역할을하고, 차량전후부분에설치된 CCD 카메라를통해궤도상면의상태를전체적으로살펴볼수있도록하였다. 또한차량의모서리에는 3축가속도센서를설치하고중앙에는자이로센서를설치하여주행중차량의가속도및움직임을분석할수있도록하였다. < Front view > < Top view > Fig.

3 하부에설치된 gap 센서가 LSM stator pack의체결정도를모니터링하는역할을하고, 차량전후부분에설치된 CCD 카메라를통해궤도상면의상태를전체적으로살펴볼수있도록하였다. 또한차량의모서리에는 3축가속도센서를설치하고중앙에는자이로센서를설치하여주행중차량의가속도및움직임을분석할수있도록하였다. < Front view > < Top view > Fig. 5 Concept of guideway monitoring vehicle 3. 궤도검측알고리즘 3.1 기본개념궤도검측차량에부착된 gap 센서와가속도센서를이용하여 LSM stator pack의체결균일도를측정하는방법이 Fig. 6에나타나있다. 차량에부착된가속도센서와 gap 센서가움직일때, gap 센서에서측정하는 LSM stator pack과의상대적인거리가 g r (t) 이고, 가속도센서에서측정되는가속도값이 a(t) 라고하면 LSM stator pack의절대프로파일 g a (t) 은다음식과같이계산할수있다. g a ( t) g r ( t) a( t) (1) 3.2 시뮬레이션결과앞절에서제시된궤도검측알고리즘을검증하기위하여시뮬레이션을수행하였다. Table 1과같은사양의부상시스템에서진폭 2mm의 sweep sin 형태로 0~5Hz까지변하는 LSM stator pack의프로파일이입력되었을때, 식 (1) 에의해계산된값이실제프로파일을얼마나잘추종하는지를살펴보았다. 가속도값의적분수행시발생하는 drift 영향을최소화하기위하

4 여 high-pass filter 등과같은신호처리기법을적용하였다. 시뮬레이션결과 Fig. 7과같이계산된값 ( 빨간색 ) 이실제 LSM stator pack의프로파일 ( 파란색 ) 을잘추종하는것을알수있다. Fig. 6 Principle of measuring the LSM stator pack profile Table 1 Specification of levitation system Mass Coil turns Coil area Coil resistance Permeability 100kg m * x m time(s) Fig. 7 Simulation result

5 4. 결론 본연구에서는초고속자기부상철도의궤도의중요요소를검측하기위한장치로서궤도검측차량의해외사례를살펴보고필요요구조건에대해서알아본뒤, 이를바탕으로개념안을도출하였다. 또한차량에부착된센서를이용하여 LSM stator pack 의부착양호정도를모니터링하도록하는알고리즘에대해서살펴보았으며간단한시뮬레이션을통해구현가능함을확인할수있었다. 향후본개념을이용하여관련하드웨어를구성한뒤, 실제테스틀통해입증할예정이다. 후기 본연구는국토교통부에서시행하는 초고속자기부상철도핵심기술개발 과제로부터지원을받아수행한연구결과입니다.(11PRTD-B061485) 참고문헌 [1] W. Nieters, (2004) Guideway Monitoring during Operational Use on the First Transrapid Line in Shanghai, 2004 International Conference of Maglev, San-Diego, Shanghai. [2] J. Jo, Y. Han, J. Lee, C. Lee, Y. Kim. (2012) A Study on the real-time measurement for guideway using levitation system of high-speed maglev, 2012 Fall Conference of the Korean Society for Railway. [3] W. Nieters, S. Junchang. (2008) Long Wave Guideway Contour Monitoring, 2008 International Conference of Maglev, San-Diego.

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Microsoft Word - KSR2016S168 2016 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2016S168 GPR 을 이용한 자갈궤도 파울링층 파악을 위한 실내실험적 접근 Evaluation of Applicability of GPR to Detect Fouled Layer in Ballast Using Laboratory Tests 신지훈 *, 최영태 **, 장승엽 *** Ji-hoon. Shin