자기부상시스템 동특성 개선을 위한 다물체동역학 응용

한형석(Hyung Suk Han),김기정(Ki Jung Kim),양석조(Seok Jo Yang) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.4

자기부상열차 유연가이드웨이 동적 해석 모델링 연구

김기정(Ki Jung Kim),한형석(Hyung Suk Han),이종민(Jong Min Lee),양석조(Seok Jo Yang) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.4

자기부상열차/가이드웨이 동적상호작용 해석

김기정(Ki-Jung Kim),한형석(Hyung-Suk Han),양석조(Seok-Jo Yang) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.12

고가가이드웨이를 주행하는 상전도흡인식 자기부상열차(EMS-Type Maglev)는 가이드웨이의 유연성으로 인하여 전자석 현가시스템과 동적 상호작용을 일으켜 부상공극에 영향을 미친다. 특히, 전체 건설비를 줄이기 위하여 경량화 가이드웨이를 지향하면서 시스템 설계단계부터 차량과 가이드웨이 사이의 동적상호작용 해석에 의한 심도 있는 부상공극 분석이 더욱 필요하다. 본 논문에서는 보다 정교한 차량/가이드웨이 동적상호작용 해석모델이 제안된다. 제안된 모델은 가상시제 기반의 3 차원 전체차량, 모달합성법에 의한 유연 가이드웨이 및 피드백 제어기가 포함된 부상전자석의 동적 모델들이 하나로 통합된 것이다. 제안된 모델을 도시형 자기부상열차에 적용하여 차량의 속도와 레일조도가 부상공극 및 가이드웨이에 미치는 영향을 분석하였다. This study aims to investigate the dynamic interaction characteristics between Maglev vehicles and an elevated guideway. A more detailed model for the dynamic interaction of the vehicle/guideway is proposed. The proposed model incorporates a 3D full vehicle model based on prototyping, flexible guideway by a modal superposition method, and levitation electromagnets including the feedback controller into an integrated model. The proposed model was applied to an urban transit Maglev developed for a commercial application to analyze the dynamic response of the vehicle and guideway, and the effect of the surface roughness of the rail, mid-span guideway deflections, and air gap variations are then investigated from the numerical simulation.

초고속 자기부상열차 부상공극 제어

채주병(Ju-Byeong Chae),한형석(Hyung-Suk Han),하창완(Chang-Wan Ha),임재원(Jaewon Lim),김창현(Chang-Hyun Kim),양석조(Seok-Jo Yang) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.10

본 논문은 초고속 자기부상열차의 부상공극을 일정하게 유지하기 위한 부상제어계를 소개하는데 목적이 있다. 개발된 자기부상 제어계는 공극센서, 가속도센서, 전자석, 전자석 구동기 및 제어기로 구성된다. 각 구성품에 대한 성능 규격과 특징을 우선 소개하며 개발된 부상제어계를 실제 크기의 실험용 차량에 적용하여 부상공극 제어를 실현하였다. 실험용 차량에서 얻어진 부상공극제어 결과 및 향후 연구해야 할 주제들을 논의한다. A constant air gap control of a Super-speed Maglev experimental vehicle is introduced. The goal of feedback loop control of magnetically levitated vehicle is to maintain its air gaps within allowable range adjusting currents in electromagnets. The levitation control system is consisted of air gap sensors, accelerometers, magnet drivers, and controllers. The developed control system is employed to the experimental vehicle under consideration. The controlled air gaps of it are shown with plots and some discussions are given.

인천공항 자기부상철도 선로구조물 성능평가

공정식(Jung-Sik Kong),한형석(Hyung-Suk Han),권형오(Hyung-O Kwon),박성현(Sung-Hyun Park),양석조(Seok-Jo Yang) 대한토목학회 2013 대한토목학회지 Vol.61 No.9

자기부상열차 차간 댐퍼의 곡선주행에의 효과 분석

김기정(Ki-Jung Kim),한형석(Hyung-Suk Han),김창현(Chang-Hyun Kim),양석조(Seok-Jo Yang) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.4

반경이 작은 곡선이 종종 존재하는 도시 내에서 운행되는 도시형자기부상열차는 전자석과 레일 사이에 기계적 접촉 없이 곡선주행을 할 수 있어야 한다. 특히, 안내제어가 없는 자기부상열차에 있어서는 승차감을 확보하면서 곡선추종성능을 향상시키기 위하여 차간 댐퍼의 설치가 고려된다. 자기부상 차량용 차간 댐퍼는 곡선 진출입시 차량에 발생하는 요(Yaw) 방향의 진동을 최소화할 수 있어야 함과 동시에, 부상 전자석이 레일과 접촉이 없도록 해야 한다. 본 논문에서는 곡선주행에서의 차간 댐퍼의 승차감과 곡선추종성에의 영향을 분석하는데 목적이 있다. 이를 위하여 부상제어, 차량, 대차 및 궤도가 포함된 동역학 모델을 이용한 동특성 시뮬레이션이 수행된다. 시뮬레이션을 통하여 차간 댐퍼의 효과가 분석되고 시험 선로에서의 주행시험을 실시하여 해석 결과의 신뢰성에 대한 검증이 이루어졌다. In a magnetic train set composed of more than two cars, the installation of dampers between cars is carefully considered for improving both the ride quality and the safety, particularly during curve negotiation. In this study, a dynamic simulation of the ride quality and curve negotiation of a Maglev vehicle was carried out. The dynamic model is developed based on multibody dynamics. The presented full vehicle multibody dynamic model integrates the electromagnet model and its control algorithm. By using this model, the effects of the dampers are numerically analyzed. The proposed damper is installed on the vehicle and tested to analyze its effects. In this study, the simulation and measured results of the vehicle behavior and ride quality are discussed.

유연성을 고려한 자기부상열차 알루미늄 대차의 동하중 예측

김기정(Ki-Jung Kim),이종민(Jong-Min Lee),이남진(Nam-Jin Lee),양석조(Suk-Jo Yang) 한국철도학회 2009 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2009 No.11월

Bogie for Maglev vehicles are made of aluminium, which helps to reduce the overall vehicle weight. Hence, deformation of bogie frame can affect the dynamic behaviour of the running vehicle. Especially in an EMS-type Maglev vehicle, the flexibility of the bogie frame may affect the levitation performance and dynamic loads, as air gap and acceleration of electromagnet attached to the aluminium bogie frame are input into feedback control system. For that reason, the flexible multibody dynamic model of an aluminium bogie for an EMS-type Maglev vehicle is necessary to predict its behavior, load history and levitation performance accurately. Purpose of this study is to develop a flexible multibody dynamic model of an Urban Maglev vehicle under development, and to predict dynamic characteristics and dynamic loads. To do this, the aluminuim bogie can be expressed as flexible body. Moreover, the feedback control system and electromagnet models are included in the flexible bogie frame model. With the developed model, the dynamic simulations are carried out to predict behavior, load history and levitation performance.

가이드웨이 횡변형의 자기부상열차 안내특성에의 영향 분석

김기정(Ki-Jung Kim),이재경(Jae-Kyoung Lee),한형석(Hyung-Suk Han),양석조(Seok-Jo Yang) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.11

자기부상철도에서 전체 투자비의 약 70%를 차지하는 가이드웨이의 건설비를 줄이고 미관을 향상시키기 위하여 가이드웨이의 경량화가 요구된다. 그에 따라서 가이드웨이의 변형이 증가하며 그 변형에 의한 부상안정성과 안내성능 영향을 분석할 필요가 있다. 본 논문에서는 가이드웨이의 구조물의 횡변형과 레일의 수평불규칙도에 의한 차량의 안내 특성에의 영향성 분석에 목적을 두고 있다. 이를 위하여 가이드웨이 횡변형을 포함하는 3 차원 모델의 이용이 제안된다. 제안된 가이드웨이와 차량이 통합된 동적 해석 모델을 이용하여 가이드웨이 횡변형에 의한 차량의 안내특성 분석을 수행하였다. 해석 결과 가이드웨이 거더의 횡변형에 의한 효과는 미비하지만 가이드웨이 레일의 횡방향 불규칙도에 대해서는 속도에 따라 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 따라서 타당한 레일의 횡 불규칙도 설계 공차의 제한이 필요함을 알 수 있다. A slender guideway is essential in improving aesthetically and reducing its construction cost which accounts for about 70% of overall investment for maglev system. As the slender guideway, however, may increase its deformation, its effect on levitation stability and guidance performance needs to be analyzed. The purpose of this study is to analyze the effect on guidance characteristics of maglev due to the lateral deformation of the guideway girder and lateral irregularity of guiderail. For doing this, 3D model considering lateral deformation of girder and irregularity of rail of the guideway is developed. Using the dynamic interaction model integrated with the proposed guideway and maglev vehicle including electromagnetics and its controller, guidance characteristics of maglev are analyzed. It is analyzed that the effect on lateral deformation of girder is relatively small compared to deformation on the lateral irregularities of guiderail.

Study on secondary suspension of Maglev Conveyor with an EMPM Hybrid

Ki-Jung Kim(김기정),Jong-Boo Han(한종부),Hyung-Suk Han(한형석),Chang-Hyun Kim(김창현),Seok-Jo Yang(양석조) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.10

In this paper, the use of a multibody dynamic model for EM-PM hybrid-type maglev conveyor was proposed in order to accurately predict dynamic characteristics, and to analyze the effect of spring and damper in suspension device. In the Maglev conveyor based on virtual prototyping, the mechanical components, joints, and force elements are represented by multibody dynamic modeling techniques. The electromagnets, permanent magnets and their control systems are also included in the mechanical model. With the coupled model, the numerical simulations were carried out to predict and analyze dynamic responses, and a prototype of the Maglev conveyor for carrying LCD glass cassette was manufactured for experimental confirmation. Some experiments were performed to confirm the practicality of the prototype. The results of simulation and test are shown and analyzed in this paper. All results indicated that the effects of the levitation control algorithm and the secondary suspension are competent for use in this suspension system with EM-PM Hybrid.

상전도흡인식 도시형 자기부상열차의 분기기 주행안전성 연구

한종부(Jong-Boo Han),이종민(Jong Min Lee),한형석(Hyung-Suk Han),김성수(Sung-Soo Kim),양석조(Seok-Jo Yang),김기정(Ki-Jung Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.11

자기부상열차에 있어서 분기기는 차량이 가이드레일과 접촉 없이 안전하게 노선을 변경할 수 있도록 설계돼야 한다. 특히, 별도의 안내 전자석이 없이 하나의 U-형 전자석으로 부상력과 안내력을 동시에 얻는 중저속 상전도흡인식 자기부상열차에 있어서는 분기기 통과시 안전성에 대한 검토가 요구된다. 이 방식에서는 안내력을 능동적으로 제어하지 않기 때문에 작은 곡률 반경이면서도 다수의 직선을 연결하여 곡선을 형성하는 관절형 분기기 통과시 전자석의 횡공극이 과도하게 발생하여 가이드레일과 기계적 접촉을 일으킬 수 있기 때문이다. 본 논문에서는 개발 중인 관절식 분기기에서 차량의 주행안전성 향상을 위하여 관절식 분기기의 주 설계 변수의 안전성에의 영향을 분석하는데 목적이 있다. 그를 통하여 분기기에서의 주행안전성을 향상하고자 한다. 이를 수행하기 위하여 2 량 1 편성으로 구성된 3 차원 전체차량 다물체 동역학 모델의 적용이 제안된다. 제안된 모델을 이용하여 분기기 통과시의 주행안전성 척도 중의 하나의 횡공극 시뮬레이션이 이루어진다. 분석되는 설계 변수들은 단경간 거더의 길이와 굴절각, 끝단 고정궤도 중심 사이의 거리, 거더의 수량이다. 이러한 설계 변수들의 영향을 분석하여 안전성 향상을 위한 분기기 설계 방향을 제시한다. The switch for a maglev vehicle should be designed such that the vehicle safely changes its track without touching the guiderail. In particular, a medium-to-low-speed EMS -type maglev train relies heavily on a U-type electromagnet where it generates levitation force and guidance force simultaneously. Therefore, it is necessary to evaluate the safety of the vehicle whenever it passes the switch, as it lacks active control of the guidance force. Furthermore, when the vehicle passes a segmented switch, which is a group of curves made up of connected lines with a small radius of curvature, it may come into mechanical contact with the guiderail owing to the excessive lateral displacement of the electromagnet. The goal of this study is to analyze the influence of a segmented switch on the safety of major design-related variables for achieving improved running safety. We propose a three-dimensional multibody dynamics model composed of two cars with one body. Using the proposed model, we perform a simulation of the lateral air gap, which is one of the measurements of the running safety of the vehicle when it passes the switch. The analyzed design variables are the length between short span girder , the articulation angle, the length between two centers of a fixed girder at its ends , and the number of girders. On the basis of the effects of the considered design variables , we establish an optimized design of a switch with improved safety.