엔코더리스 마그넷 모션을 이용한 위치제어에 대한 리니어모터 실험적 연구

김홍윤(Kim Hong-youn),윤영민(Yun Young-Min),심호근(Shim Ho-Keun),권영목(Kwon Young-Mok),허훈(Heo Hoon) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.1

영구자석 선형 동기전동기(PMLSM : Permanent Magnet Linear Synchronous Motor)의 구조에서, 영구자석이 레일에 고정되고 코일이 움직이는 기존 영구자석 선형 동기전동기와 달리(영구자석 = 고정자, 코일 = 이동자), 코일이 고정되고, 영구자석을 움직이는(영구자석 = 이동자, 코일 = 고정자) 구조의 위치제어시스템을 제안하고자 한다. 위치 측정은 2개의 홀센서를 사용한다. 이 방식은 엔코더 출력 펄스 신호 대신에 2개의 홀센서에서 발생되는 구형파 신호를 4체배하여 이동자의 속도와 위치를 추정한다. 구형파를 발생시키는 2개의 홀센서로 PMLSM의 벡터제어를 구현하였을 때 정격속도 범위 내에서 안정적이고 효율적으로 제어되는 것을 시뮬레이션을 통하여 입증하였다. 또 하드웨어 실험으로 시스템의 위치제어성능은 30~50㎛의 측정범위 내에서 10~20㎛의 정밀도로 기존시스템보다 2배나 개선되며, 경제적 효율성과 제안된 위치제어 개념의 실용적인 유용성도 확인하였다. 2개의 홀센서를 이용한 벡터제어는 협소한 공간에도 취부 할 수 있으므로 엔코더나 레졸버의 장착이 어려운 시스템에 적용될 수 있다. A position control system composed of the PMLSM(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor), unlike conventional linear permanent magnet synchronous motor is fixed to the permanent magnet moving coil rails (permanent magnet = stator, coil = mover), the coil is fixed, moving the permanent magnet, we propose a position control system (permanent magnet = mover, coil = stator) structure. Position is measured not using conventional encoder or resolver but by adopting vector control method using 2 hall sensors generating rectangular signal. This method estimate the velocity and position of mover by using the quadruple of two hall sensor signal instead of encoder signal. Vector control of PMLSM using 2 hall sensor generating rectangular wave is proved to control the system stable and efficiently through simulation. Also hardware experiment reveals that the position control performance is measured within the range of 30~50㎛ in the accuracy of 10~20㎛, which is improved twice to the conventional method. The proposed method exhibits its economical efficiency and practical usefulness. The vector control technique using two hall sensors can be installed in narrow place, accordingly it can be implemented on the system where the conventional encoder or resolver cannot operate.

횡자속 선형전동기를 이용한 액추에이터의 제작 및 특성

우병철(B.C. Woo),홍도관(D.K. Hong),강도현(D.H. Kang),김종무(J.M. Kim),장정환(J.W. Jang) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.5

Linear actuator composed a linear motor, a controller, the oil feeder, the supported springs, the damper of compressing processor and so on. And linear compressor with simple and highly efficient mechanism is the best compressor in efficiency. Moreover cooling modulation feature dramatically enhanced the efficiency of the entire system. Rather than utilized a newly designed linear motor and springs, which enables direct transmission. In this paper, we develop transverse flux linear motor(TFLM) and examine characteristic of a linear actuator of TFLM. also we measure thrust force varying an input frequency and an current magnitude for TFLM and the variations of thrust force due to the friction force of linear motor guide have been experimented.

가속 능력을 고려한 주행 집전계 시험기 주행대차용 선형 유도전동기 설계에 관한 연구

조수연(Suyeon Cho),김광수(Kwangsoo Kim),이형우(Hyungwoo Lee),함상환(Sanghwan Ham),안한웅(Hanwoong Ahn),이주(Ju Lee) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11

This paper presents design process of linear induction motor in dynamic tester for catenary-current collection. To minimize length of rail for dynamic tester for catenary-current collection, accelerating performance of the linear induction motor is very important. So the design process of linear induction motor considered in this paper is different with general design process of linear induction motor, because dynamic tester has three type driving region, as accelerating region, constant speed region, and braking region. Considering accelerating performance of motor, distance and time from starting point to constant speed region were concerned for load condition of motor. Designed linear induction motor was analyzed by 2-dimensional finite element method. Using mechanical dynamics simulation with analysis result of 2-dimensional finite element method, accelerating performance of designed motor was proved.

200km/h급 중고속 자기부상열차 추진용 선형 유도전동기의 설계

정재훈(Jae-Hoon Jeong),임재원(Jae-Won Lim),박도영(Do-Young Park),최장영(Jang-Young Choi),장석명(Seok-Myeong Jang) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.10

현재 중앙도시의 집중화로 인하여 광역 도시간 교통수단에 대한 수요가 급증하고 있다. 광역 도시간 교통수단으로는 정시성과 속도성이 좋고 수송 효율이 우수한 철도교통이 각광받고 있으며, 많은 철도 시스템 중 친환경 적이며 미래지향적인 자기부상열차 시스템이 차세대 광역철도 시스템으로 높은 평가를 받고 있다. 자기부상열차의 추진에는 건설비용이 저렴하고 무게가 가벼운 선형유도전동기가 많이 쓰인다. 현재 인천에 개발 완료된 도시형 자기부상열차는 100km/h급 선형유도전동기가 사용되고 있는데, 이 열차는 중고속 열차 시스템에 사용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 광역 도시간 열차에 쓰일 수 있는 자기부상열차 추진용 선형 유도전동기의 특성해석 및 설계에 대하여 다루었다. 중고속 열차의 차량 제원을 제시하고, 이 열차의 추진에 사용될 수 있는 선형 유도전동기의 특성을 유한요소해석을 이용해 도출하고 이를 설계에 반영하여 최종모델을 도출하였다. Electric multiple unit operated in local area is mostly consist of moving system on the rail and the traction motor drives the gear and wheel with the mechanical propulsion force. Most of countries are interested in magnetic levitation vehicle for the transportation system on next generation and they have been studying about it continuously. Thus this paper is studied the linear induction motor as the propulsion equipment of magnetic levitation vehicle. In order to design a magnetic levitation train which is driven by single sided linear induction motors(SLIM), the thrust force characteristics of SLIM have been calculated from the finite elements method and by varying the various design parameters.

초전도 선형동기전동기 추진에 기인한 자기강성에 따른 주행 동특성 분석

이진호(Jin-Ho Lee),이창영(Chang-Young Lee),이관섭(Gwan-Sup Lee) 한국철도학회 2017 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2017 No.05

본 논문에서는 초전도 선형동기전동기를 이용한 추진시스템에 있어서 발생하는 자기강성이 고속 주행시스템의 동특성에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 초전도를 이용한 선형동기전동기의 경우 공심형 권선이 가능하기 때문에 적절한 제어각도의 선택을 통해 원하는 자기강성을 생성할 수 있고, 이러한 자기강성은 고속으로 주행하는 시스템의 주행 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 초전도 선형동기전동기 추진에 기인한 자기강성이 고속 주행 동특성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 초전도 선형동기전동기의 회전자와 고정자의 상호 작용을 검토하고 이를 포함한 차량의 동특성 모델을 구축하였다. 구축된 모델을 이용한 시뮬레이션을 통해 초전도 선형동기전동기의 회전자와 고정자 사이의 자기강성이 주행 중 고속 안정성, 승차감 및 가이드웨이 불규칙도에 미치는 영향을 분석하였다. In this study, the effect of magnetic stiffness on running dynamics in superconducting linear synchronous motor(SC-LSM) driven train is analyzed. In SC-LSM, due to coreless stator, by adjusting force angle, proper magnetic stiffness can be generated and this magnetic stiffness could influence on system running dynamics. In this paper, to investigate the influences of SC-LSM propulsion on dynamic characteristics of wheel-rail high speed train, the dynamic model of train including magnetic stiffness resulted from the interaction between rotor and stator of SC-LSM is established. Through the simulation by using model, the magnetic stiffness between rotor and stator of SC-LSM on stability, ride comfort and the effect of guideway irregularity are investigated.

600km/h급 초고속열차용 선형동기전동기의 고정자-이동자 방식에 따른 특성 연구

박찬배(Chan-Bae Park),이준호(Jun-Ho Lee),이병송(Byung-Song Lee),김재희(Jae-Hee Kim),이수길(Su-Kil Lee),정신명(Shin-Myung Jung),이형우(Hyung-Woo Lee) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

최근 500km/h 이상의 초고속 자기부상열차 실용화가 늦어지면서 이에 대한 대안으로 기존의 휠-레일 방식과 자기부상 추진방식의 장점만을 혼합한 하이브리드 철도시스템에 대한 관심이 커지고 있다. 이러한 하이브리드 철도시스템은 휠-레일 방식에 기초하지만, 추진시스템으로 기존의 회전형 전동기가 아닌 선형전동기를 이용하기 때문에, 비점착구동이 가능하여 기존의 휠-레일 추진방식에 의한 속도한계를 극복할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 휠-레일 지지방식과 선형전동기 추진방식을 가지는 초고속열차용 선형동기전동기의 고정자와 이동자의 다양한 방식 변화에 따른 전자기적 특성 변화를 FEM을 이용하여 분석하였으며, 600km/h급 초고속열차용 선형동기전동기에 적합한 방식으로 공심형 초전도 LSM을 제안하였다. Recently, an interest in a hybrid system combining only the merits of the conventional wheel-rail system and Maglev propulsion system is growing as an alternative to high-speed maglev train. This hybridtype system is based on wheel-rail method, but it enables to overcome the speed limitation by adhesion because it is operated by a non-contact method using a linear motor as a propulsion system and reduce the overall construction costs by its compatibility with the conventional railway systems. Therefore, a comparative analysis on electromagnetic characteristics according to the structural combinations on the stator-mover of Linear Synchronous Motor(LSM) for Very High Speed Train(VHST) maintaining the conventional wheel-rail method is conducted, and the structure of coreless superconducting LSM suitable for 600 km/h VHST is finally proposed in this paper.

600km/h급 초고속열차 용 공심형 LSM의 권선방식에 따른 특성 연구

박찬배(Chan-Bae Park),이준호(Jun-Ho Lee),이병송(Byung-Song Lee),김재희(Jae-Hee Kim),정신명(Shin-Myung Jung),이수길(Su-Kil Lee) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11

최근 세계화가 가속화되면서 이에 따른 고속 교통수단에 대한 요구도 증가되고 있지만, 고속 교통수단의 일환인500km/h이상의 초고속 자기부상열차 실용화가 늦어지면서 이에 대한 대안으로 기존의 휠-레일 방식과 자기부상 추진방식의 장점만을 혼합한 하이브리드 철도시스템에 대한 관심이 커지고 있다. 이러한 하이브리드 철도시스템은 휠-레일방식에 기초하지만, 추진시스템으로 기존의 회전형 전동기가 아닌 선형전동기를 이용하기 때문에. 비점착구동이 가능하여 기존의 휠-레일 추진방식에 의한 속도한계를 극복할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 휠-레일 지지방식과 선형전동기 추진방식을 가지는 초고속열차용 공심형LSM(Linear Synchronous Motor)의 다양한 분포/집중 권선방식의 변화에 따른 전자기적 특성 변화를 FEM을 이용하여 분석하였다. Recently, an interest in a hybrid system combining only the merits of the conventional wheel-rail system and Maglev propulsion system is growing as an alternative to high-speed maglev train. This hybridtype system is based on wheel-rail method, but it enables to overcome the speed limitation by adhesion because it is operated by a non-contact method using a linear motor as a propulsion system and reduce the overall construction costs by its compatibility with the conventional railway systems. Therefore, design models of each coreless-typed Linear Synchronous Motor (LSM) with various distributed and concentrated windings for 600 km/h very high speed train maintaining the conventional wheel-rail method is derived, and a comparative analysis on electromagnetic characteristics of each model is finally conducted in this paper.

맴돌이 자속의 영향을 고려한 철도추진용 선형유도전동기의 동특성 연구

박찬배(Chan-Bae Park),이병송(Byung-Song Lee),이주(Ju Lee) 한국철도학회 2009 한국철도학회논문집 Vol.12 No.3

하이퍼루프 적용을 위한 추진/부상/안내 일체형 DSLIM의 설계 연구

서교영,박찬배,정거철,김성휘,이형우 한국철도학회 2019 한국철도학회논문집 Vol.22 No.11

Research is being actively conducted on magnetic levitation driving systems of hyperloop, which has emerged as the next new vehicle. Conventional magnetic levitation driving systems use EMS (ElectroMagnetic Suspension) and EDS (ElectroDynamic Suspension) methods, and both EMS and EDS methods use two or more systems for propulsion/levitation/guidance. However, using two or more driving systems causes complexity of the structure of the whole system and significantly increases the maintenance costs. Therefore, to address these problems, this study proposed the concept and structure of a Double-Sided Linear Induction Motor (DSLIM) that can generate propulsion/levitation/guidance in one system, and performed basic design and performance analysis by analyzing the design requirements of DSLIM. Further, through selection of design parameters and analysis of characteristics that significantly affect the output characteristics, detailed design was performed to derive a performance improvement model for DSLIM.

초고속 자기부상열차 추진시스템용 선형 동기 전동기의 추력 리플 저감을 위한 근사최적 설계

함상환(SangHwan Ham),김경범(Kyoungbum Kim),이형우(Hyungwoo Lee),이주(Ju Lee) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11

In this paper, the basic design of linear synchronous motor(LSM) for high speed propulsion system is performed. By characteristics analysis of designed LSM, peak to peak magnitude of thrust force ripple is almost 88% of total thrust force. Because of this reason, designed LSM required an application of module phase set shift(MPSS) in order to reduce the thrust force ripple. Using design of experiments, Taguchi method, and approximate design, sub optimal design is established.