• 제목/요약/키워드: electromagnetic-force

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FEA를 이용한 이식형 인공중이용 차동전자 트랜스듀서의 진동 모델링과 최적 설계 (Vibration Modeling and Optimal Design of Differential Electromagnetic Transducer for Implantable Middle Ear Hearing Devices using the FEA)

  • 김민규;임형규;한찬호;송병섭;박일용;조진호
    • 한국음향학회지
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    • 제24권7호
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    • pp.379-386
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    • 2005
  • 최근까지 개발되었던 청각 보조기 중에서 공기 전도형 보청기의 하울링 (howling) 현상과 수술 후 이소골 등 기존 음향계의 재생이 불가능한 인공 와우 (cochlear implant system)의 단점을 해결하고, 동시에 청음 명료도가 높은 음성 신호를 전달하기 위한 수단으로 연구된 것이 인공중이 (implantable middle ear hearing device) 이다. 본 연구에서는 인공중이의 음성 신호 재현을 위한 진동 장치인 차동전자 트랜스듀서 (differential electromagnetic transducer, DET)에 대한 수학적 모형화와 계의 진동을 기술하는 운동방정식을 유도하고 그 해를 구하였다. 제한된 크기와 인가 전류 $1\;mA_{rms}$ 정현파에서 최대 구동력을 얻기 위해서 전자기력에 대한 유한요소해석을 수행하였고, 결과에 의해서 자석과 코일에 대한 최적 크기를 결정하였다. 사람의 중이 내 등자뼈 (stapes)의 진동 특성과 유사한 진동을 갖는 DET를 설계하기 위해서, 진동막의 강성계수를 변화하면서 진동해석을 시뮬레이션 하였다. 설계된 DET는 마이크로 머시닝 기술에 의해서 제작하였고, 그 진동 특성을 측정 하였다. 최종적으로 측정된 진동 특성에 대한 분석을 통하여 인공중이를 위한 진동 장치로서의 적용 가능함을 확인하였다.

EMF (electromagnetic field strength)가 스퍼터된 ITO 박막의 초기 성장에 미치는 영향

  • 박소윤;송풍근
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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    • pp.183-183
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    • 2015
  • Indium tin oxide (ITO)는 넓은 밴드갭을 가지는 n-type의 축퇴 반도체로 태양전지, 스마트윈도우, 터치 센서, organic light emitting displays (OLEDs) 등에 널리 적용된다. 최근 touch screen panels (TSPs)의 높은 전기적 특성 및 고해상도 요구에 따라 고품질 ITO 박막개발의 수요도 증가하는 추세이다. 지금까지 ITO 박막의 물성 및 기계적 특성에 관한 많은 연구가 진행되어 왔지만 ITO 초박막 에서의 근본적인 물성 변화에 대한 연구는 미흡한 실정이므로, 이러한 연구는 필수적이라 할 수 있다. ITO 초박막은 광학적 특성은 우수하나, 낮은 결정성으로 인해 전기적 특성이 나쁘다는 단점을 가지며, 이러한 ITO 박막의 결정성은 초기 박막 성장과정에 많은 영향을 받는다. ITO 박막의 초기성장과정은 핵이 생성된 후(nucleation), 각각의 위치에서 성장하게 되고(growth), 합쳐지면서(coalescence) 연속적인 막을 형성 하는데(continuous), 이러한 초기 박막 성장 과정 중에 핵 생성 밀도를 증가시키고 박막이 연속적으로 되는 두께를 감소시킨다면, 더욱 더 고품질의 ITO 초박막을 얻을 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 박막 초기 형성 과정 중 섬들이 합체되는 두께를 최소화시키기 위하여 EMF(electromagnetic field strength) 시스템을 이용하였다. EMF 시스템은 DC 캐소드에 전자석 코일을 장착하여 전자기장을 추가로 부가한 것으로, 이를 이용할 경우 스퍼터 원자가 중성상태로 기판에 도달하는 것이 아니라, 이온화되어 Vp-Vf의 차이로 가속되어 추가적인 에너지를 공급받음으로써 기판표면상에서 확산을 촉진시키므로 박막이 연속적으로 되는 임계 두께를 감소시킬 수 있는 것으로 기대된다. 실험은 실온에서 DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하였으며, 유리기판위에 4, 6, 8, 10, 12, 20 nm의 두께로 ITO 박막을 제작하였다. 스퍼터링 파워는 150 W (3.29 W/cm3), 작업 압력은 0.13 Pa, 기판과 타깃 사이의 거리는 70 mm였다. 각각의 두께에서 EMF 파워 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 W로 인가하여 박막을 제작한 후, EMF 파워에 따른 ITO 박막의 초기 성장 과정중 표면상태를 AFM (atomic force microscope) 이미지를 통하여 관찰하였다. 또한, 두께 약 8 nm에서와 20 nm일 때의 전기적 특성 및 광학적 특성을 관찰하였으며, 두 박막 모두 EMF 파워 15 W를 인가하였을 때 그 특성이 가장 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통하여 박막은 초기 성장이 중요하므로, 매우 얇은 두께에서 좋은 특성을 가진 박막을 제작하여야 박막의 두께를 증가시켰을 때도 좋은 특성의 막을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 또한, EMF 파워를 증가시킴에 따라 자장강도를 증가시키는 것과 같은 효과 즉, 플라즈마 임피던스가 감소하는 효과를 내어 증착 중 고 에너지 입자 (Ar0, O-)에 의한 박막손상이 감소한 것으로 판단된다. 따라서 적정 EMF 파워 15 W를 인가하였을때 가장 물성이 좋은 ITO 박막을 얻을 수 있었다. 즉, EMF 시스템을 이용하여 저온 공정에서 결함농도가 적은 고품질의 ITO 초박막을 제작할 수 있었다.

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수평 및 수직 착자에 대한 햅틱 진동자의 진동특성에 관한 연구 (A Study of the Vibration Characteristics of a Haptic Vibrator for Horizontal and Vertical Magnetization)

  • 고동신;허덕재;박태원;이재혁;이성수
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제39권4호
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    • pp.415-421
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    • 2015
  • 본 연구는 햅틱 진동자의 개발과정에 있어 성능인자의 단계별 설정절차와 성능 및 소형화를 위한 자석의 착자방법에 대한 연구를 수행하였다. 착자방법에 대한 연구는 수평착자와 수직착자의 구성방법에 따른 전자기력을 비교분석하여 수행하였으며, 수행결과 수평착자가 우수한 것으로 나타났다. 시스템적 설계 절차로는 제품의 특성으로부터 설계 인자를 설정하는 단계적 절차를 구성하여 시작품을 제작하고 시험을 통하여 검증하였다. 해석적 방법에서는 진동응답 특성 해석과 전기장의 해석을 독립적으로 수행하였으며, 시험결과와의 검증을 통해 잘 일치하는 결과를 도출하였다. 제품신뢰성 확보를 위한 신뢰성 기반 설계인자는 스프링 높이, 용접 위치, 코일의 위치로 선정하였다. 그리고 설계 인자에 따른 전자기장 민감도 및 성능 변화를 분석하였고 이를 바탕으로 신뢰성 기반의 고성능 햅틱 진동자를 구현할 수 있도록 설계방법을 제시하였다.

EMC 관련 최근 기술 동향 - CISPR 20 방사내성 Round Robin Test 결과 및 분석

  • 장태헌;조원서
    • 한국전자파학회지:전자파기술
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    • 제17권4호
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    • pp.48-52
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    • 2006
  • 2006 CISPR 총회가 스웨덴 스톡홀름 KISTA에서 개최되었다. CISPR I 회의는 9월 18일부터 20일까지 3일간 WG2 및 WG4를 중심으로 진행되었으며, WG1과 WG3 회의는 9월 20일 오후에 있었다. 우리나라에서는 WG1에 두 가지 제안을 발표하였다. 하나는 2004년 중국 상해 회의에서 처음 제안하여 2005년 남아공 케이프타운 회의에서 Task Force가 구성된 대형 시험품에 대한 CISPR 20의 외부 방사내성 시험레벨에 관한 것이다. 2006년 1월 미국 산타페에서 열린 TF 회의에서 시험결과에 대한 기술적 토론이 있었으며, Round Robin Test(RRT)를 실시하기로 결정되었다. RRT시험은 7월 중순에 실시되었으며, 참여한 시험소는 영국의 SONY, 네덜란드의 Philips, 독일의 SHARP 이었으며, 국내의 여러 EMC 시험소도 추후에 참여하였다. RRT 시험의 결과 및 분석이 이번 스톡홀름 회의에서 발표되었다. 또한, CISPR 13의 방사성 방출(RE)의 측정거리 기준점의 변경에 관한 것이다. 본 고에서는 TV 수신기에 대한 RRT 시험결과 및 분석에 대한 발표 내용을 소개하고자 한다. CISPR 20의 외부 전자기장 내성 시험은 0.8 m인 개방형 스트립라인(Open Strip-line: OSL)내에 시험품을 설치하고 $150kHz{\sim}150MHz$에서 시험하도록 규정하고 있다. OSL에 설치할 수 없는 대형기기는 IEC 61000-4-3에 따라서 주파수 범위 $80MHz{\sim}150MHz$까지 동일한 한계치로 전자파무반사실에서 시험하도록 규정되어 있다. 이에 대해 국내 제조업체 및 EMC 전문가들로 구성된 CISPR I 국내 위원회에서는 IEC 61000-4-3에 의한 전자파무반사실(챔버)에서의 내성시험이 CISPR 20에 의한 OSL에서의 내성시험보다 가혹하다는 문제 제기가 있었다. 이것이 본 안건에 대한 배경이다 지금까지 진행되어 왔던 내용을 요약해 보면 2004년 상해 회의에서, 수치해석 및 측정비교를 통하여 CISPR 20에서 규정하고 있는 OSL 전기장 교정방법의 개선의 필요성과 OSL에서 시험할 수 없는 대형 시험품에 대하여 시험레벨을 조정할 것을 지적하였다. 2005년 케이프타운 회의에서는 실제적으로 TV 방송 수신기 및 관련기기가 두가지 방법으로 시험되었을 때 시험결과에 미치는 영향을 시험품의 전기장 내성 레벨로 비교하였으며, 전자파무반사실에서 시험할 경우 시험레벨이 12 dB 낮추도록 보정되어야 할 것을 제안하였다. 2006년 이번 회의에서는 세계 각국의 시험소와 비교시험을 통하여 나타난 OSL과 전자파무반사실 간의 시험결과의 차이 및 이에 대한 원인을 분석하여 보고하였다. OSL과 전자파무반사실 비교시험에서 나타난 차이는 평균적으로 9 dB의 차이로 나타났으며, 주요 원인은 OSL에서 적용하고 있는 시험품을 OSL내부에 설치한 후 시험품에 의해 변경된 전기장의 세기를 보정해 주는 인자(k2)로 인한 차이(6 dB)와 OSL 내부의 전기장의 세기와 전자파무반사실 균일장 영역의 전기장의 세기의 차이(3 dB)이다.

100 kHz 대역의 자계 환경내(內)에서의 페라이트 코어의 계(界) 해석 (Field Analysis in the Ferrite Core at 100 kHz Band Magnetic Field)

  • 구본철;유재성;김미자;김윤명
    • 한국전자파학회논문지
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    • 제18권8호
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    • pp.977-983
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    • 2007
  • 최근 근거리에서 수신 모듈에 무선으로 전력을 전달하는 시스템이 많아지고 있다. 무선으로 전력을 공급할 때, 수신 공간의 효율적인 사용을 위하여 ferrite core 주변에 코일을 감아 유도기 전력을 얻는다. 본 논문에서는 100kHz 균일한 단방향의 자계 환경 내에 위치한 페라이트 코어 내부의 자계 분포를 분석한다. 수치 분석을 위 한 시뮬레이터는 유한요소 기법을 적용한 Ansoft사의 Maxwell Tool을 사용하였다. 페라이트 코어의 비투자율의 변화에 따라 집속되는 자속 밀도의 변화를 알아보고, 코일의 권선을 위해 코어의 일부를 잘라내었을 시 총자속의 변화량을 알아보았다. 계산 결과, 100 kHz 자계 환경 내에서 작은 페라이트 코어를 이용하면 코어 내에 약 $3.5{\sim}4$배의 자속 밀도가 증강됨을 확인하였다. 비투자율이 800이면서 반지름의 길이가 4.75 mm인 페라이트 코어의 가장자리에 0.5mm를 도려내었을 때 총 자속은 23% 감소함을 확인하였다.

$Ni_{0.5}-Zn_{0.4}-X_{0.1}{\cdot}Fe_2O_4$(X=Cu, Mg, Mn)-Rubber Composite의 전파흡수특성에 관한 연구 (Electromagetic Wave Absorbing Properties of $Ni_{0.5}-Zn_{0.4}-X_{0.1}{\cdot}Fe_2O_4$(X=Cu, Mg, Mn)-Rubber Composite)

  • 임희대;윤국태;이찬규
    • 한국재료학회지
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    • 제9권12호
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    • pp.1234-1239
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    • 1999
  • $Ni_{0.5}-Zn_{0.4}-X_{0.1}{\cdot}Fe_2O_4$의 조성에서 X를 각각 Cu, Mg, Mn으로 치환시켜 치환원소에 따른 결정구조와 형상, 입도 및 자기적 성질을 비교 분석하여고, Network Analyzer을 이용하여 $Ni_{0.5}-Zn_{0.4}-X_{0.1}{\cdot}Fe_2O_4$-Rubber Composite의 재료정수 및 전파흡수특성에 대하여 비교 조사하였다. 치환원소에 관계없이 동일한 결정구조와 형상 및 입도를 나타냈고, VSM 분석결과 치환원소에 관계없이 동일한 자화값을 가지며, Mg로 치환된 경우 가장 큰 보자력과 자기이력손실을 나타냈다. 또한 Mn으로 치환된 경우 가장 높은 유전손실(${\varepsilon}_r"/{\varepsilon}_r'$)을, Cu로 치환된 경우에는 가장 큰 자기손실(${\mu}_r"/{\mu}_r'$)을 나타냈다. 4mm의 두께로 제조한 Compos-Composite에서는 Mg로 치환된 시료가 2GHz에서 -40dB이상의 가장 우수한 전파흡수특성을 나타내었다.

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광섬유 센서 내장형 텐던을 이용한 그라운드 앵커의 장기 장력모니터링을 위한 온도보상 (Temperature Compensation of Optical FBG Sensors Embedded Tendon for Long-term Monitoring of Tension Force of Ground Anchor)

  • 성현종;김영상;김재민;박귀현
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제28권5호
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    • pp.13-25
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    • 2012
  • 그라운드 앵커공법은 현재 우리나라에서 가장 일반적으로 사용되는 사면보강공법들 중 하나이다. 앵커로 보강된 사면의 안정성을 장기간 확인하기 위해서는 그라운드 앵커의 긴장력을 측정하는 것이 매우 중요하다. 그러나 현재 현장에서 주로 사용되는 스트레인게이지 및 V/W타입의 로드 셀은 전자기파에 의한 노이즈 발생이 크고 습기 또는 수분의 영향으로 인해 측정값에 오차가 발생할 수 있으며 자기열화 등으로 장기간의 모니터링에 한계가 있다. 또한 앵커의 개별 텐던에 발생하는 미세한 변화를 정확히 감지할 수 없는 단점이 있어 이를 개선할 수 있는 방안으로 광섬유 센서를 이용하여 강연선의 변형률을 측정할 수 있는 광섬유 센서 내장형 텐던이 개발되었다. 이 광섬유 센서 내장형 텐던은 단기간의 앵커 장력 측정에 성공적으로 적용된 사례가 보고되었으나 장기간에 걸친 장력 변화를 측정하기 위해서는 온도에 의한 광섬유 센서의 변형률을 보상하여야 한다. 이 논문에서는 광섬유 센서 내장형 텐던을 이용하여 그라운드 앵커의 장력모니터링 시 지중온도 변화에 의한 영향을 보상하는 실용적인 방안에 대하여 기술하였다. 먼저 실내실험을 통하여 광섬유 센서 내장형 텐던의 온도반응계수(${\beta}^{\prime}$)를 $2.0{\times}10^{-5}/^{\circ}C$로 결정하고 실제 현장에 설치된 광섬유 센서를 이용하여 깊이별 지중온도 변화값을 측정하였다. 연구 대상지역(여수)의 기상청 지중온도 측정 결과 자료와의 비교를 통하여 결정된 온도반응계수(${\beta}^{\prime}$)를 이용한 광섬유 센서 내장형 텐던의 온도반응 성능을 검증하였다. 최종적으로 광섬유 센서 내장형 텐던을 이용하여 실제 사면에 설치된 인장형 앵커와 압축형 앵커의 계절별 긴장력을 모니터링하고 기상청 지중온도 측정자료와 온도반응계수를 이용하여 온도보상을 실시하여 기존 V/W타입의 로드 셀 측정 결과와 비교하였다. 제안된 광섬유 센서 내장형 텐던의 온도반응계수와 기상청 지중온도 측정결과를 이용한 앵커의 온도보상 방법에 의해 측정된 긴장력 모니터링 결과가 계절에 따른 지중온도 변화에 상관없이 로드 셀 결과와 일관성 있게 비교되어 제안된 온도보상 방법이 매우 실용적이며 합리적인 것으로 나타났다.

Analysis of Surface Plasmon Resonance on Periodic Metal Hole Array by Diffraction Orders

  • 황정우;윤수진;강상우;노삼규;이상준
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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    • pp.176-177
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    • 2013
  • Surface plasmon polaritons (SPPs) have attracted the attention of scientists and engineers involved in a wide area of research, microscopy, diagnostics and sensing. SPPs are waves that propagate along the surface of a conductor, usually metals. These are essentially light waves that are trapped on the surface because of their interaction with the free electrons of conductor. In this interaction, the free electrons respond collectively by oscillating in resonance with the light wave. The resonant interaction between the surface charge oscillation and the electromagnetic field of the light constitutes the SPPs and gives rise to its unique properties. In this papers, we studied theoretical and experimental extraordinary transmittance (T) and reflectance (R) of 2 dimensional metal hole array (2D-MHA) on GaAs in consideration of the diffraction orders. The 2d-MHAs was fabricated using ultra-violet photolithography, electron-beam evaporation and standard lift-off process with pitches ranging from 1.8 to $3.2{\mu}m$ and diameter of half of pitch, and was deposited 5-nm thick layer of titanium (Ti) as an adhesion layer and 50-nm thick layer of gold (Au) on the semiinsulating GaAs substrate. We employed both the commercial software (CST Microwave Studio: Computer Simulation Technology GmbH, Darmstadt, Germany) based on a finite integration technique (FIT) and a rigorous coupled wave analysis (RCWA) to calculate transmittance and reflectance. The transmittance was measured at a normal incident, and the reflectance was measured at variable incident angle of range between $30^{\circ}{\sim}80^{\circ}$ with a Nicolet Fourier transmission infrared (FTIR) spectrometer with a KBr beam splitter and a MCT detector. For MHAs of pitch (P), the peaks ${\lambda}$ max in the normal incidence transmittance spectra can be indentified approximately from SP dispersion relation, that is frequency-dependent SP wave vector (ksp). Shown in Fig. 1 is the transmission of P=2.2 um sample at normal incidence. We attribute the observation to be a result of FTIR system may be able to collect the transmitted light with higher diffraction order than 0th order. This is confirmed by calculations: for the MHAs, diffraction efficiency in (0, 0) diffracted orders is lower than in the (${\pm}x$, ${\pm}y$) diffracted orders. To further investigate the result, we calculated the angular dependent transmission of P=2.2 um sample (Fig. 2). The incident angle varies from 30o to 70o with a 10o increment. We also found the splitting character on reflectance measurement. The splitting effect is considered a results of SPPs assisted diffraction process by oblique incidence.

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자기력이 철 분말 및 탄소나노튜브 강화 자기유동 고무 복합재료의 유동 및 압축 특성에 미치는 영향 (Effect of Magnetic Force on Rheological and Compressive Properties of Magneto-Rheological Rubber Composites with Iron Particle and Carbon Nanotubes)

  • 류상렬;이동주
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제37권2호
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    • pp.153-160
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    • 2013
  • 고무 혼합물의 가류특성 및 전자석 장치를 이용하여 범용고무를 기지로 하는 이방성 자기유동 고무 복합재료(MRRC)의 제조가 가능하였다. 철 입자(IP) 함유량의 증가에 따라 MRRC의 자기 투과율은 증가하였으며, 불규칙 배향에 비해 2 tesla로 배향시킨 경우가 1.8~2배 높게 나타났다. 2 tesla로 배향한 CNT만 강화한 MRRC의 자기 투과율은 3.7%로 자기장의 영향이 뚜렷이 확인되었다. IP 90 + CNT 5 & 2 tesla 배향의 MRRC는 압축시험 시 0.49 tesla의 자기장 하에서 압축응력이 기지에 비해 2.1배 증가하였다. IP 함유량 증가에 따라 자기유동(MR) 효과는 증가하였으며, IP 90 & 2 tesla 배향의 경우 20.4%의 MR 효과를 보였다. 시험편 제조 시 및 압축시험 시 부여한 자기력 세기가 MRRC의 압축특성에 미치는 영향이 크다고 판단된다.

자기부상열차와 가이드웨이 상호작용을 고려한 가이드웨이 구조물의 진동사용성 처짐 한계 (Deflection Limits based on the Vibration Serviceability of Guideway Structures Considering Maglev Train-Guideway Interaction)

  • 이진호;김성일
    • 한국철도학회논문집
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    • 제20권1호
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    • pp.111-119
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    • 2017
  • 이 연구에서는 자기부상열차-가이드웨이 상호작용을 고려하여 자기부상철도 가이드웨이 구조물의 진동사용성을 고려한 처짐한계를 제안한다. 간략화된 자기부상철도 시스템의 운동방정식을 유도하고, 자기부상력 제어를 위한 되먹임 상수가 부상공극의 변동량이 최소가 되도록 최적화한다. 이 시스템에 대하여 자기부상열차의 운행속도, 가이드웨이 경간장, 2차 현가장치의 고유진동수와 감쇠비를 변화시켜 가며, 부상공극의 크기와 차체의 연직가속도에 대한 사용성 기준을 만족하는 가이드웨이의 처짐한계를 조사한다. 해석 결과로부터 자기부상열차의 2차 현가장치에 대한 요구 조건과 가이드웨이 구조물이 만족시켜야 하는 처짐한계를 제안한다.