초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 하베스팅 방법 연구
차량 상부 팬터그래프의 고압 환경을 분석하여 전기장과 자기장을 이용한 하베스팅 방법에 대하여 연구하였다. 전기장을 이용한 방법은 팬터그래프와 일정 거리 떨어진 도체판을 이용하여 수집할 수 있으나 수집된 전력이 실제 사용하는데 가공이 필요하여 현실성이 떨어지는 단점이 있다. 자기장을 이용한 방법은 팬터그래프에서 주변압기로 흐르는 전류에 강자성체 코어와 코일을 이용하여 전력을 수집하는 방법이며 검측장치를 동작시키는데 충분한 전력을 확보할 수 있다. 각 방법에 대해 등가모델을 제시하여

Ⅳ. 연구개발결과
1. 하베스팅 방법 연구
차량 상부 팬터그래프의 고압 환경을 분석하여 전기장과 자기장을 이용한 하베스팅 방법에 대하여 연구하였다. 전기장을 이용한 방법은 팬터그래프와 일정 거리 떨어진 도체판을 이용하여 수집할 수 있으나 수집된 전력이 실제 사용하는데 가공이 필요하여 현실성이 떨어지는 단점이 있다. 자기장을 이용한 방법은 팬터그래프에서 주변압기로 흐르는 전류에 강자성체 코어와 코일을 이용하여 전력을 수집하는 방법이며 검측장치를 동작시키는데 충분한 전력을 확보할 수 있다. 각 방법에 대해 등가모델을 제시하여 기술의 특성과 한계를 분석하였다.

2. 하베스팅 장치 기본 설계 및 시험
자기장을 이용한 하베스터를 제작하였고 1차 전류 변화에 따라 충분한 전력을 얻을 수 있음을 보였다. 실노선에서 운영하는 전동차의 전력 데이터를 이용하여 실제 수집할 수 있는 전력을 계산하였고 1개의 정거장을 지나는 동안 약 2.8W의 평균전력을 수집할 수 있음을 증명하였다.

3. 하베스팅 장치 최적화 설계 및 충전모듈 설계
자기장 커플러에 대한 설계 고려 사항을 분석하여 실차에 적용하기 위한 하베스터를 설계하였다. 하베스터의 특성에 맞는 능동형 충전모듈을 설계하여 하베스터가 최적의 출력을 낼 수 있도록 하였다. 시제품 업그레이드를 통해 충전 효율을 약 20%가량 상승시켰다.

4. 부하장치 상세설계 및 검토
기존의 검측 기능에 전원 모듈의 모니터링과 제어 기능을 강화하였다. 하베스팅 시스템에 의해 전력 잉여가 발생함에 따라 카메라 모듈을 추가하였다. 제작한 검측장치는 하베스터 및 충전모듈과 잘 호환되었다.

5. 시스템 조합시험 및 실차 적용 시험
공인기관의 입회하에 원내 성능시험 및 실차 적용 시험을 수행하여 하베스팅 시스템의 성능을 검증하였다. 세 차례의 실차 시험을 수행하여 하베스팅 시스템이 안정적으로 동작할 수 있게 시스템을 개선하였다.

(출처 : 요약문 10p)

Abstract ▼

Ⅱ. Purpose and Needs
Since the railway vehicle that obtains power from the catenary lines moves fast, physical friction with the power line occurs and frequent maintenance is required. Power collector of a the vehicle should be maintained regularly, when the vehicle is not in operation, but may n

Ⅱ. Purpose and Needs
Since the railway vehicle that obtains power from the catenary lines moves fast, physical friction with the power line occurs and frequent maintenance is required. Power collector of a the vehicle should be maintained regularly, when the vehicle is not in operation, but may not be checked on time due to the inspection cycle (not real time checking). To solve this problem, recently, inspection devices for detecting the state of the catenary line and the collector in real time have been developed. However, since the upper part of the vehicle is a high-voltage environment, it is difficult to connect an external power source to the test apparatus. The device can be operated with the battery, but it is not practical because the battery requires replacement frequently. The collector of the vehicle transmits more than several MW of electric power to be supplied to the vehicle. Therefore, some of them can be collected and supplied to the test apparatus, a sustainable real time detection apparatus which does not require battery replacement can be implemented.

Ⅲ. Scope and Contents
1. Harvesting method research
The high voltage environment of the vehicle pantograph was analyzed and the harvesting method using the electric and magnetic fields was studied. The method using the electric field can be collected by using a conductive plate that is separated from the pantograph by a certain distance, but it has a disadvantage in that the collected power is actually required to be used for impractical processing.
The magnetic field is a method of collecting power by using a ferromagnetic core and a coil to the current flowing from the pantograph to the main transformer, and can secure sufficient power to operate the detection device. For each method, an equivalent model is presented to analyze the characteristics and limitations of the technology.

2. Basic design and test of harvesting device
A harvester using a magnetic field was fabricated and showed that sufficient power can be obtained according to the primary current change. Using the electric power data of the electric line operated in the actual subway line, the actual power can be calculated and proved that the average power of about 2.8W can be collected over one station.

3. Harvesting device optimization design and charging module design
The design considerations for the magnetic field coupler were analyzed and the harvester was designed to be applied to the actual vehicle. The active charging module designed for the characteristics of the harvester is designed so that the harvester can produce the optimum output. Prototype upgrades increased charging efficiency by about 20%.

4. Detailed design and review of load device
The monitoring and control functions of the power module have been enhanced with the existing detection function. The camera module was added as power surplus occurred by the harvesting system. The fabricated detector was well compatible with harvesters and charging modules.

5. System combination test and actual vehicle application test
The performance tests and actual vehicle application tests were conducted in the presence of an accredited institution to verify the performance of the harvesting system. Three real vehicle tests were conducted to improve the system so that the harvesting system can operate stably.

Ⅴ. Expected Contribution
In this study, the technology to supply power from high voltage part of the upper part of the vehicle to the electromagnetic field harvesting is developed. When this technology is developed, a practical inspection device that does not require an external power source can be installed, which can contribute to commercialization, The period can be shortened. In addition, it is possible to secure diagnosis technology to prevent railway accidents due to the expansion of electric railway, increase of the number of train operation, and speeding up, and it is possible to accumulate data related to vehicle inspection for a long time.

(source : SUMMARY 12p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 5
• 보고서 요약서 ... 7
• 요 약 문 ... 9
• SUMMARY ... 12
• Contents ... 15
• 목차 ... 17
• 표목차 ... 19
• 그림목차 ... 20
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 26
• 제1절 연구개발 배경 및 필요성 ... 28
• 제2절 연구개발 목표 및 내용 ... 30
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 34
• 제1절 국내외 기술 동향 ... 36
• 제2절 국내외 시장 분석 ... 47
• 제3절 국내외 특허 분석 ... 48
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 65
• 제1절 집전설비 환경 및 규격조사 ... 67
• 제2절 집전설비의 전자장 환경 분석 ... 75
• 제3절 에너지 하베스팅 방법 연구 ... 89
• 제4절 에너지 하베스팅 장치 기본설계 ... 102
• 제5절 부하장치 기본설계 및 검토 ... 106
• 제6절 시험환경구축 ... 118
• 제7절 단품시험 ... 126
• 제8절 에너지 하베스팅 장치 최적화 ... 131
• 제9절 하베스터용 충전모듈 설계 ... 144
• 제10절 배터리 특성 분석 ... 169
• 제11절 부하장치 상세설계 및 검토 ... 183
• 제12절 하베스팅 시스템 지그 제작 ... 220
• 제13절 에너지 하베스팅 시스템 성능시험 ... 223
• 제14절 에너지 하베스팅 시스템 실차적용시험 ... 232
• 제4장 목표 달성도 및 기여도 ... 238
• 제1절 성과 목표 달성도 ... 240
• 제2절 기술준비도(TRL) 달성도 ... 241
• 제3절 상용전원 대비 우위성 ... 242
• 제5장 연구개발 결과의 활용 계획 ... 243
• 제1절 성과 활용 및 확산 계획 ... 245
• 제2절 사업화 계획 및 기술이전 계획 ... 246
• 제3절 후속 연구개발내용 제안 ... 248
• 참고문헌 ... 250
• 끝페이지 ... 252