KR19990048755A - 편측 선형유도전동기의 성능 시험장치 - Google Patents

Abstract

편측 선형유도전동기(SLIM:Side Linear Induction Motor)의 성능을 시험하기 위한 시험장치가 개시된다. 상기 시험장치는 전원공급부(電源供給部)인 집전장치와 접속된 거드빔과 상기 거더빔의 길이방향을 따라 상기 거더빔의 상면에 설치되고 자신의 상면에는 상기 레일이 설치되는 크로스빔과 열차의 차륜 일측에 설치되어 차륜의 속도를 측정하는 속도 계측장치과 상기 편측 선형유도전동기의 일측에 설치되어 편측 선형유도전동기의 1차측과 2차측 사이의 공극을 계측하는 공극 계측장치가 마련된다. 또한, 상기 편측 선형유도전동기와 차축 사이에 설치되며 상기 집전장치를 통하여 편측 선형유도전동기의 1차측으로 전류가 공급되었을 때, 상기 편측 선형유도전동기에서 발생되는 추력과 횡력과 수직력을 측정하는 3방향 힘 측정 블록게이지를 구비한다. 상기 편측 선형유도전동기의 시험장치는 편측 선형유도전동기의 성능을 좌우하는 여러 가지 성분이 정확하게 측정되므로, 편측 선형유도전동기의 성능을 정확하게 시험할 수 있다.

Description

편측 선형유도전동기의 성능 시험장치

본 발명은 편측 선형유도전동기(SLIM:Side Linear Induction Motor)의 성능을 시험하기 위한 시험장치에 관한 것이다.

편측 선형유도전동기는 운동변환장치의 매개없이 전기적인 에너지를 입력받아 기계적 직선운동을 하는 장치이다. 종래에는 직선운동이 요구되는 구동에 회전형전동기를 사용하고 그 중간에 운동변환장치를 매개시켜 직선운동을 하도록 한 것이 일반적이었다. 그러나 이것은 기계적 중간 운동변환장치의 정기적인 보수를 필요로 하기 때문에 경제적인 손실과 소음을 유발하는 문제점이 있었다. 편측 선형유도전동기는 위와같은 문제점이 없는 반 영구적인 전동기로서, 그 용도가 다양하고 사용량이 점차 증가하고 있다.

회전형전동기의 스테이터(Stator)와 로타(Rotor)는 무한의 길이로 되어 있으나, 회전형전동기의 스테이터(stator)와 로타(Rotor)에 각각 해당되는 편측 선형유도전동기의 1차측과 2차측은 유한의 길이이다. 또,회전형전동기는 1차측과 2차측간의 기계적 공극이 항상 일정한 값을 유지하고 있으나 편측 선형유도전동기는 일정하지 않다. 또,편측 선형유도전동기는 2차측의 재질에 따라서 성능의 차이가 현저하다. 이와같이 편측 선형유도전동기는 그 성능에 영향을 미치는 요인이 많음에도 불구하고 편측 선형유도전동기의 성능을 정밀하게 시험할 수 있는 시험장치가 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 편측 선형유도전동기의 성능을 정확하게 시험할 수 있는 신뢰성 있는 시험장치를 제공함에 있다.

도 1은 편측 선형유도전동기의 1차측인 철심코아와 코일의 사시도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편측 선형유도전동기의 시험장치의 정면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편측 선형유도전동기의 시험장치의 측면도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3방향 힘 측정 블럭게이지를 보이기 위한 것으로, 도 3의 "A"부 확대도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험장치의 계측시스템의 구성을 보인 블럭도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10:편측 선형유도전동기 100:거드빔

110:제1프레임 111:크로스빔

131:파워레일 132:집전장치

133:공극센서 135:속도센서

140:3방향 힘 측정 블록게이지, 170:가변전압 가변주파수 인버터.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열차에 설치되는 1차측과 지상 레일에 설치되는 2차측을 가지는 편측 선형유도전동기의 성능을 시험하는 시험장치에 있어서,

전원공급부(電源供給部)인 집전장치와 접속된 거드빔; 상기 거더빔의 길이방향을 따라 상기 거더빔의 상면에 설치되고 자신의 상면에는 상기 레일이 설치되는 크로스빔; 상기 열차의 차륜 일측에 설치되어 차륜의 속도를 측정하는 속도 계측장치; 상기 편측 선형유도전동기의 일측에 설치되어 편측 선형유도전동기의 1차측과 2차측 사이의 공극을 계측하는 공극 계측장치; 상기 편측 선형유도전동기와 차축 사이에 설치되며 상기 집전장치를 통하여 편측 선형유도전동기의 1차측으로 전류가 공급되었을 때, 상기 편측 선형유도전동기에서 발생되는 추력과 횡력과 수직력을 측정하는 3방향 힘 측정 블록게이지를 구비한다.

상기 3방향 힘 측정 블록게이지는 정육면체의 3개의 블럭이 1조로 조합되고 상기 각각의 블럭은 4개의 브리지 형상으로 형성되며 상기 블럭의 각 브리지의 내측에는 선형유도전동기에서 발생되는 추력과 횡력과 수직력을 계측하기 위한 로드셀이 마련된다. 또한, 상기 3방향 힘 측정 블록게이지는 상기 편측 선형유도전동기의 전방과 후방에 2개가 설치되고, 상기 로드셀은 인장형으로 마련된다.

상기 편측 선형유도전동기의 길이 방향에는 상기 편측 선형유도전동기의 추력을 계측하기 위한 추력계측 게이지가 더 마련되고 상기 편측 선형유도전동기의 수직 하방에는 상기 편측 선형유도전동기의 수직력을 계측하기 위한 수직력계측 게이지가 더 마련된다. 상기 추력계측 게이지와 수직력계측 게이지는 압축형 로드셀로 마련된다.

상기 속도 계측장치는 2개가 설치되어 차축의 회전속도를 계측한다.

또한, 본 발명은, 편측 선형유도전동기의 성능을 시험하는 시험장치에 있어서,

상기 편측 선형유도전동기를 제어하는 가변전압 가변주파수 인버터; 열차에 설치된 상기 편측 선형유도전동기의 1차측과 열차가 주행되는 레일에 설치된 상기 편측 선형유도전동기의 2차측 사이의 공극을 계측하는 공극 계측장치; 상기 편측 선형유도전동기의 1차측과 2차측 사이에 설치되며 상기 가변전압 가변주파수 인버터에서 상기 편측 선형유도전동기로 전류가 공급되었을 때, 상기 편측 선형유도전동기에서 발생되는 3방향의 힘을 계측하는 3방향 힘 계측 블록게이지; 상기 열차의 차륜의 일측에 설치되어 열차의 속도를 계측하는 속도 게측장치; 상기 열차의 속도와 주파수를 전압으로 변환하는 전압변환장치와 상기 3방향 힘 계측 블럭게이지에서 측정된 힘을 증폭하는 로드셀 증폭기; 상기 편측 선형유도전동기의 측정된 각종 성분을 입력받아 출력하는 데이터 레코드를 구비한다.

상기 편측 선형유도전동기의 시험장치는 편측 선형유도전동기의 성능을 좌우하는 여러 가지 성분을 정확하게 측정하므로, 편측 선형유도전동기의 성능을 정확하게 시험할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 편측 선형유도전동기의 성능 시험장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 편측 선형유도전동기의 1차측인 철심코아와 코일의 사시도로서, 이를 설명한다.

편측 선형유도전동기(10)(Side Linear Induction Motor)는 1차측(11)인 코일(Coil)(11a) 및 철심코아(Core)(11b)와 2차측(15)인 리액션플레이트(Reaction Plate)(15a) 및 백아이언(Back Iron)(도 2참조)을 가진다. 상기 편측 선형유도전동기(10)의 1차측(11)은 회전전동기의 고정자(Stator)에 해당되며 일반적으로 가동되는 장치, 즉,본 실시예에서는 열차에 설치된다. 그리고 상기 편측 선형유도전동기(10)의 2차측(15)은 회전전동기의 회전자(Rotor)에 해당되며, 본 실시예에서는 지상 궤도에 설치된다. 상기와 같이 구성된 상기 편측 선형유도전동기의 1차측을 일반적으로 편측 선형유도전동기라고 한다.

상기와 같은 편측 선형유도전동기의 성능을 시험하기 위한 장치를 도 2,3,4그리고 5를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편측 선형유도전동기의 시험장치의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편측 선형유도전동기의 시험장치의 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3방향 힘 측정 블럭게이지를 보이기 위한 것으로, 도 3의 "A"부 확대도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험장치의 계측시스템의 구성을 보인 블록도이다.

거더빔(Girder Beam)(100)의 상측에 크로스빔(Cross Beam)(111)이 설치된다. 바람직하게는,상기 크로스빔(111)은 거더빔(100)의 길이방향을 따라 약 1,200mm 간격으로 설치된다. 상기 크로스빔(111)의 상측에는 본 실시예에 따른 시험장치용 열차 주행 레일(125)과 편측 선형유도전동기(10)의 2차측(15)이 설치되고, 상기 레일(125)의 상부에는 차축(121a)을 가지는 열차의 차륜(121)이 놓인다. 상기 차륜(121)의 외측으로 연장된 차축(121a)의 단부에는 제1프레임(110)이 지지구(115)에 의하여 지지된다. 상기 편측 선형유도전동기(10)의 2차측(15)과 대향되는 상기 차축(121a)에는 편측 선형유도전동기(10)의 1차측(11)이 설치된다. 상기 1차측(11)과 차축(121a) 사이에는 3방향 힘 측정 블록게이지(140)가 설치되고 상기 3방향 힘 측정 블록게이스(140)의 상측에는 제2프레임(112)이 설치된다. 그리고 상기 거드빔(100)의 일측에 마련된 전원공급부인 집전장치(132)는 전력을 상기 파워레일(131)을 통하여 상기 가변전압 가변주파수 인버터(Variable Voltage Variable Frequency Inverter)(140)로 공급한다. 그러면 상기 가변전압 가변주파수 인버터(Variable Voltage Variable Frequency Inverter)(140)는 상기 편측 선형유도전동기(10)로 전류를 공급하고, 이로인해 시험용 편측 선형유도전동기(10)는 추력을 발생하며 주행하게 된다. 이때,주행되는 상기 편측 선형유도전동기(10)는 발생되는 자장에 의하여 힘이 작용되고 상기 힘는 3방향으로 분류된다. 상기 3방향은 수평(길이)방향인 추력(Thrust Force)과 수직방향인 수직력(Normal Force) 및 횡방향인 횡력(Lateral Force)이며 상기 3방향 힘 측정 블럭게이지(140)에서 계측된다.

상기 힘들은 기계적요인과 물리적 전기적 요인에 의하여 변화된다. 상기 기계적요인으로는 시험용 편측 선형유도전동기의 1차측과 2차측 사이의 공극의 크기, 횡방향변위, 차륜 내부에 마련된 차축 지지용 베어링의 마찰손실, 차륜과 주행레일 사이의 마찰손실 등이 있다. 그리고 물리적 전기적 요인으로는 전류,전압,공급주파수,슬립주파수,속도,가속도 등이 있다,.

그러므로 상기 기계적요인 및 물리적 전기적 요인들을 정밀하게 계측하여만 편측 선형유도전동기의 성능을 정확하게 평가할 수 있다. 상기와 같은 요인들을 계측하기 위한 요소를 설명한다.

먼저,속도는 차축의 단부 일측에 설치된 엔코더방식의 센서(135)와 근접방식 센서(미도시)를 사용하여 속도를 계측하고 상호 비교할 수 있게 하였다.

전류는 커런트 트랜스포머(Current Transformer) 방식의 홀센서(미도시)를 이용하여 계측하고, 전압 및 주파수는 가변전압 가변주파수 인버터(170)에서 편측 선형유도전동기로 공급되는 값을 직접 계측한다.

3방향 힘은 3방향 힘 측정 블럭게이지(140)로 추력과 수직력을 분리하여 계측하고 비교확인하는 방식이며,공극은 편측 선형유도전동기의 1차측(11) 전후 양끝단에 설치된 공극센서(133)에 의하여 계측된다.

상기 3방향 힘 측정 블럭게이지(140)를 도 4를 참조하여 설명한다.

추력계측 블럭게이지(141a), 횡력계측 블럭게이지(141b), 수직력계측 블럭게이지(141c)가 동일축상에 독립되게 마련된다. 상기 각 블럭게이지는 연결조립용 브라켓(142)에 의하여 조립되고, 각각의 블락은 정육면체로 마련된다. 정육면체의 내면은 4개의 양단 고정형 브릿지(미도시)로 가공된다.

추력계측 블럭게이지(141a)를 예로 들어 그 계측 방법을 설명한다.

추력계측 블럭게이지(141a)의 밑면을 고정시키고 그 상부에 수평방향의 힘을 가한다. 그러면 브릿지(미도시)는 수평방향으로 변형을 일으키게 되고,이 변형된 변위는 로드셀(145)에 전달된다. 상기 로드셀(145)에 전달된 변위는 힘으로 환산되어 기록계(175)(도 5참조)에 전달된다. 상기 추력계측 블럭게이지(141a)와 같이 횡력 및 수직력계측 블럭게이지(141b,141c)도 구성되며,동일한 방법으로 힘이 계측된다. 이때,상기 횡력계측 블럭게이지(141b)는 추력계측 블럭게이지(141a)에 대하여 수평방향으로 90°회전되어 조립되고, 수직력계측 블럭게이지(141c)는 추력계측 블럭게이지(141a)에 대하여 수직방향으로 90°회전되어 조립된다.

상기 3방향 힘 측정 블럭게이지(140)에 의하여 계측된 힘의 확인을 위하여 본 실시예에서는 편측 선형유도전동기의 길이방향으로 별도의 추력계측 게이지(151)가 설치된다. 또,상기 편측 선형유도전동기(10)의 상측에는 3방향 힘 측정 블록게이지(140)를 지지하는 상,하부스트롱백(148a,148b)이 설치되고,상기 상부스트롱백(148a)의 하면 수직하방에 수직력계측 게이지(153)가 설치된다(도 3참조). 상기 추력계측 게이지(151)로는 압축형 로드셀 2개가 편측 선형유도전동기의 전후방에 설치되고,상기 수직력계측 게이지(153)로는 압축형 로드셀 4개가 설치된다. 그러므로 편측 선형유도전동기에 의하여 발생되는 각 방향의 힘을 정확하게 비교 검증하면서 계측할 수 있다.

상기와 같은 성분들을 계측하는 계측시스템의 구성을 도 5에 도시하였다.

이를 설명하면,가변전압 가변주파수 인버터(170)의 제어에 의하여 전류계측기(174)를 통하여 편측 선형유도전동기(10)로 전류가 공급된다. 그러면 편측 선형유도전동기(10)의 1차측(11)과 2차측(15)의 작용에 의하여 열차가 주행하게 된다. 이때,편측 선형유도전동기의 속도는 속도센서(135), 편측 선형유도전동기(10)의 1차측(11)과 2차측(15)의 공극은 공극센서(133), 편측 선형유도전동기에서 발생되는 힘은 3방향 힘 측정 블럭게이지(140)에서 계측된다. 그리고 다른 성분들도 계측되어서 전압으로 변환된 후, 데이터 레코드(175)로 입력된다. 그러면,데이타 레코드(175)를 통하여 편측 선형유도전동기의 여러 성능이 출력되는 것이다. 미설명부호, 171은 속도를 전압으로 변환하는 변환기, 172는 주파수를 전압으로 변환하는 변환기, 174는 전류계측기, 176은 자료수집부, 177은 로드셀 증폭기, 178은 직류를 교류로 전환하는 변환기이다.

이상에서 설명하듯이, 본 발명에 따른 편측 선형유도전동기의 시험장치는 편측 선형유도전동기의 성능을 좌우하는 여러 가지 성분을 정확하게 측정하므로, 편측 선형유도전동기의 성능을 정확하게 시험할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 당업자의 통상의 지식 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.

Claims (7)

1. 열차에 설치되는 1차측과 지상 레일에 설치되는 2차측을 가지는 편측 선형유도전동기의 성능을 시험하는 시험장치에 있어서,

   전원공급부(電源供給部)인 집전장치와 접속된 거드빔;

   상기 거더빔의 길이방향을 따라 상기 거더빔의 상면에 설치되고 자신의 상면에는 상기 레일이 설치되는 크로스빔;

   상기 열차의 차륜 일측에 설치되어 차륜의 속도를 측정하는 속도 계측장치;

   상기 편측 선형유도전동기의 일측에 설치되어 편측 선형유도전동기의 1차측과 2차측 사이의 공극을 계측하는 공극 계측장치;

   상기 편측 선형유도전동기와 차축 사이에 설치되며 상기 집전장치를 통하여 편측 선형유도전동기의 1차측으로 전류가 공급되었을 때, 상기 편측 선형유도전동기에서 발생되는 추력과 횡력과 수직력을 측정하는 3방향 힘 측정 블록게이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 편측 선형유도전동기의 성능 시험장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 3방향 힘 측정 블록게이지는 정육면체의 3개의 블럭이 1조로 조합되고 상기 각각의 블럭은 4개의 브리지 형상으로 형성되며 상기 블럭의 각 브리지의 내측에는 선형유도전동기에서 발생되는 추력과 횡력과 수직력을 계측하기 위한 로드셀이 마련된 것을 특징으로 하는 편측 선형유도전동기의 성능 시험장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 3방향 힘 측정 블록게이지는 상기 편측 선형유도전동기의 전방과 후방에 2개가 설치되고, 상기 로드셀은 인장형인 것을 특징으로 하는 선형 유도 전동기의 성능 시험장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 편측 선형유도전동기의 길이 방향에는 상기 편측 선형유도전동기의 추력을 계측하기 위한 추력계측 게이지가 더 마련되고 상기 편측 선형유도전동기의 수직 하방에는 상기 편측 선형유도전동기의 수직력을 계측하기 위한 수직력계측 게이지가 더 마련된 것을 특징으로 하는 편측 선형유도전동기의 성능 시험장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 추력계측 게이지와 수직력계측 게이지는 압축형 로드셀인 것을 특징으로 하는 편측 선형유도전동기의 성능 시험장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 속도 계측장치는 2개가 설치되어 차축의 회전속도를 계측하는 것을 특징으로 하는 편측 선형유도전동기의 성능 시험장치.
7. 편측 선형유도전동기의 성능을 시험하는 시험장치에 있어서,

   상기 편측 선형유도전동기를 제어하는 가변전압 가변주파수 인버터;

   열차에 설치된 상기 편측 선형유도전동기의 1차측과 열차가 주행되는 레일에 설치된 상기 편측 선형유도전동기의 2차측 사이의 공극을 계측하는 공극 계측장치;

   상기 편측 선형유도전동기의 1차측과 2차측 사이에 설치되며 상기 가변전압 가변주파수 인버터에서 상기 편측 선형유도전동기로 전류가 공급되었을 때, 상기 편측 선형유도전동기에서 발생되는 3방향의 힘을 계측하는 3방향 힘 계측 블럭게이지;

   상기 열차의 차륜의 일측에 설치되어 열차의 속도를 계측하는 속도 게측장치;

   상기 열차의 속도와 주파수를 전압으로 변환하는 전압변환장치와 상기 3방향 힘 계측 블럭게이지에서 측정된 힘을 증폭하는 로드셀 증폭기;

   상기 편측 선형유도전동기의 측정된 각종 성분을 입력받아 출력하는 데이터 레코드를 구비하는 것을 특징으로 하는 편측 선형유도전동기의 시험장치.