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  • 학위논문초록

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    학위논문초록 제목 게시판 내용
    제목(국문) EDS 방식 자기부상열차의 동특성 예측을 위한 전자기력 해석
    제목(영문) Transient Analysis of Electromagnetic Forces using 3D FE and Simplified Model for EDS-type Maglev Trains
    저자 Dongwook Kim
    초록

    철도 시스템은 비교적 빠른 속도로 많은 양의 수송능력을 가지고 있어 중장거리 이동에 있어 선호되는 시스템이다. 하지만 기존의 철도 차량은 사행동으로 인한 최대 속도 증가에 명확한 한계를 가지고 있기 때문에 이를 극복하기 위해서 자기부상열차의 필요성이 증가하고 있다. 자기부상열차는 부상하여 주행하기 때문에 마찰로 인한 차륜과 선로의 유지 보수가 필요 없을 뿐만 아니라 에너지 효율도 높다. 자기부상열차는 부상방식에 따라 흡인식 부상과 반발식 부상으로 구분되는데, 이 중 반발식 부상이 별도의 공극 제어 없이 주행하고, 분기에 유리하기 때문에 고속 자 기부상열차에 선호가 된다. 하지만 공극 제어가 없고 부상 원리이자 1차 현가장치의 강성이 낮기 때문에 외력에 따른 큰 진동이 발생할 수 있다. 이러한 진동은 승차감과 안정성에 영향을 미쳐 최대 운행 속도의 상승에 제한을 주기 때문에 진동에 대한 정확한 예측이 필요하다. 자기부상열차의 진동에 영향을 미치는 것은 부상력, 안내력, 추진력을 발생시키는 전자기력과 공기 저항이 있고, 그 중 전자기력이 더 많은 영향을 미친다. 따라서 자기 부상열차의 동특성을 예측하기 위해서 전자기력의 정확한 예측이 필요하다. 본 연구 에서는 정확한 시간 이력 전자기력을 예측하기 위해 3D 전자기 해석 모델을 구축하였다. 모델의 검증은 일본의 L0 Series를 기준 모델로 선정하여 동일하게 모델을 구축하고 기존 연구의 전자기력과 비교하였다. 해석의 부하 및 시간을 감소시키기 위해 부품 별 단순화와 해석 영역의 최소화 과정을 진행하였다. 발생하는 전자기력의 크기와 파형 모두 일치하였고, 최대값 기준 오차 11.85% 내에서 일치하였다. 3D 전자기 해석 모델을 통한 자기부상열차의 시간 이력 동특성을 파악하기에는 너무 많은 계산 시간이 필요하기 때문에 이를 단축할 필요가 있다. 이를 위해서 지상코에서 발생하는 유도 전류를 예측하는 모델과 지상 코일과 열차내 초전도 코일 간에 발생하는 전자기력을 로렌츠 힘을 기반으로 계산하는 모델을 구축하였다. 유도 전류 예측 모델은 최대 4.27%, 전자기력 계산 모델은 최대 3.5% 오차 내에서 일치하였다. 기존의 전자기력 예측 모델을 기반으로 지상 코일을 개선을 통해 발생 전자기력의 크기와 1차 현가장치의 강성을 증가시킬 수 있는 모델을 제안하였다. 기존의 자기부 상열차 모델에서 지상 코일이 열차 내 초전도 코일과 수평으로 설치되었던 것을 약간의 각도를 가지는 변경된 모델을 제안하였다. 이를 통해 전자기력의 크기와 1차 현가장치의 강성이 증가하는 것을 확인하였고 변경하는 각도에 따른 영향을 분석하였다. 최종적으로 시간 이력 전자기력 예측 모델을 기반으로 열차의 동특성을 분석할 수 있는 전자기-다물체 동역학 연성 해석 모델을 작성하였다. 실시간 열차의 거동과 전자기력을 연성 해석하는 two-way 방식을 하였다. 제안된 연성 해석 모델을 통해 지상코일의 불규칙도를 포함한 열차의 실시간 거동을 예측할 수 있었다. 이러한 예측 모델을 바탕으로 지상 코일의 변경과 열차의 현가장치 및 파라미터 변경의 영향을 확인하여 최종적으로 진동 저감에 기여할 수 있다.

    keyword Maglev trains , Electrodynamic repulsion system , Transient 3D electromagnetic analysis model , Induced current , Lorentz force , Electromagnetic-multi body dynamic coupled-analysis
    학교 연세대학교
    지도교수 박노철
    학위구분 박사
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