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[표지] 1

제출문 3

보고서 요약서 5

요약문 7

SUMMARY 9

Contetns 11

목차 12

제1장 연구개발과제의 개요 26

제1절 연구개발 배경 및 필요성 26

1. 연구개발 배경 26

2. 연구개발 필요성 26

3. 정부정책/연구원 미션과의 연계성 27

제2절 연구개발 목표 및 내용 29

1. 연구개발 최종목표 29

2. 세부목표 29

3. 기술 준비수준(TRL, Technology Readiness Level) 29

4. 당해 연도 세부목표 및 내용 29

제2장 국내외 기술개발 현황 33

제1절 해외 기술개발 동향 33

1. EU의 제동시스템 연구개발 동향 (Shift2Rail) 33

2. 일본의 제동시스템 연구개발 동향 46

3. 중국의 제동시스템 연구개발 동향 52

4. 주행장치 연구개발 기술 동향 54

제2절 국내 연구개발 현황 58

1. 국내 EMB 개발현향 58

2. 국내 고속철도 제동시스템 개발현황 59

4. 국내 주행장치 핵심설계 기술 연구개발 동향 65

제3장 연구개발 수행내용 및 결과 69

제1절 고속열차용 주행장치 설계기반 및 핵심기술 개발 69

1. 접촉집중 완화형 차륜형상에 대한 현가특성 설계기술 개발 69

2. 고속대차용 1차 현가장치 특성 분석 및 자기유변탄성체(MRE) 적용 가능성 검토 139

3. 소결론 163

제2절 고속열차용 고출력 Electro-Mechanical Brake 핵심기술개발 164

1. EMB 2차 시작품 성능/설계 개선안 도출 및 제작 164

2. EMB 제어로직 고도화 및 S/W 수정 233

3. 다이나모 시험을 통한 EMB 시작품 동적 압부력 성능검증 259

4. EMB 시작품 온도시험 실시 (KS R 9213) 275

5. 소결론 284

제3절 결론 286

1. 고속열차용 주행장치 설계기반 및 핵심기술 개발 286

2. 고속열차용 고출력 EMB 핵심기술 개발 287

제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 291

제1절 성과목표 달성도 291

제2절 관련분야에의 기여도 293

가. 기술적 진보사항 293

나. 기타 특이사항 293

제5장 연구개발 결과의 활용 계획 296

제1절 연구결과의 활용성 및 계획 296

1. 성과활용 계획 296

2. 성과확산 계획 296

제2절 파급 기대효과 297

1. 정량적 기대효과 297

2. 정성적 기대효과 297

참고문헌 298

판권기 299

표목차 13

표 2-2-1. WSP 기술 비교 : 국내 및 해외(TSI) 조건 64

표 3-1-1. 선두차량 선두윤축의 주행안전도 해석결과 96

표 3-1-2. 후미차량 후미윤축의 주행안전도 해석결과 97

표 3-1-3. 주행속도 300km/h PT04형상 EN1299 Nmv에 따른 승차감 해석결과 99

표 3-1-4. 주행속도 300km/h PT04형상 ISO 2631에 따른 승차감 해석결과 100

표 3-1-5 주행속도 250km/h PT04형상 EN1299 Nmv에 따른 승차감 해석결과 101

표 3-1-6. 주행속도 250km/h PT04형상 ISO 2631에 따른 승차감 해석결과 101

표 3-1-7 주행속도 200km/h PT04형상 EN1299 Nmv에 따른 승차감 해석결과 102

표 3-1-8. 주행속도 200km/h PT04형상 ISO 2631에 따른 승차감 해석결과 102

표 3-1-9. 주행속도 300km/h PT05형상 EN1299 Nmv에 따른 승차감 해석결과 103

표 3-1-10. 주행속도 300km/h PT05형상 ISO 2631에 따른 승차감 해석결과 103

표 3-1-11. 주행속도 250km/h PT05형상 EN1299 Nmv에 따른 승차감 해석결과 104

표 3-1-12. 주행속도 250km/h PT05형상 ISO 2631에 따른 승차감 해석결과 104

표 3-1-13. 주행속도 200km/h PT05형상 EN1299 Nmv에 따른 승차감 해석결과 105

표 3-1-14. 주행속도 200km/h PT05형상 ISO 2631에 따른 승차감 해석결과 105

표 3-1-15. 주행속도 300km/h XP55 마모 차륜형상 ISO 2631에 따른 승차감 해석결과 116

표 3-1-16. 주행속도 300km/h PT04 마모 차륜형상 ISO 2631에 따른 승차감 해석결과 117

표 3-1-17. 주행속도 300km/h 마모 차륜형상 KS R 9216 dB 환산에 따른 횡방향 승차감 비교 117

표 3-1-18. 기존 요댐퍼 특성시험 결과 (3Hz) 120

표 3-1-19. 기존 요댐퍼 특성시험 결과 (6Hz) 121

표 3-1-20. 요댐퍼 단품시제 특성시험 결과 (1단 강성, 3Hz) 122

표 3-1-21. 요댐퍼 단품시제 특성시험 결과 (1단 강성, 6Hz) 123

표 3-1-22. 요댐퍼 단품시제 특성시험 결과 (2단 강성, 3Hz) 124

표 3-1-23. 요댐퍼 단품시제 특성시험 결과 (2단 강성, 6Hz) 125

표 3-1-24. 1차 현가 조립체 단품시제 전후방향 특성시험 결과 130

표 3-1-25. 1차 현가 조립체 단품시제 좌우방향 특성시험 결과 131

표 3-1-26. 1차 현가 조립체 단품시제 상하방향 특성시험 결과 132

표 3-1-27. 시제 1(원뿔대형)의 코일 단면 지름에 따른 특성치 152

표 3-1-28. 시제 2(적층형)의 코일 단면 지름에 따른 특성치 153

표 3-1-29. 전류 인가 방식 1에 따른 자기선속밀도 FEM 해석 결과 156

표 3-1-30. 전류 인가 방식 2에 따른 자기선속밀도 FEM 해석 결과 156

표 3-1-31. 코일 전류 인가 유무에 따른 주파수 변화 162

표 3-2-1. 소개별 인장시험을 통한 인장강도 및 탄성계수 물성치 168

표 3-2-2. 소개별 피로시험을 통한 피로 물성치 및 무한수명 한계 응력 169

표 3-2-3. EMB 시제품 구조해석을 위한 각 파트별 물성치 173

표 3-2-4. EMB 시제품 구조해석을 위한 각 파트별 경계조건 및 하중정보 174

표 3-2-5. EMB 시제품(초기 설계안)에 대한 피로 내구해석(상용제동) 결과 177

표 3-2-6. EMB 시제품(개선안)에 대한 피로 내구해석(상용제동) 결과 180

표 3-2-7. EMB 시제품(개선안)에 대한 피로 내구해석(비상제동) 결과 180

표 3-2-8. IPMSM 1차 시제품의 설계 요구사양 195

표 3-2-9. IPMSM 2차 시제품의 설계 요구사양 196

표 3-2-10. Plackett-Burmann 설계(예) 198

표 3-2-11. CCD의 시험계획표(예) 199

표 3-2-12. 각 주요변수의 최대값 및 최소값 200

표 3-2-13. PB 민감도 분석을 위한 시험 계획표 201

표 3-2-14. 시험계획표에 따른 FEM 해석결과 201

표 3-2-15. 최적화 설계를 위한 중심합성계획표 204

표 3-2-16. 중심합성계획표에 의한 FEM 해석결과 205

표 3-2-17. ANOVA 테이블 206

표 3-2-18. EMB 구동본체 Ass'y 부품 리스트 및 재질 228

표 3-2-19. EMB 캘리퍼 2차 시제품 개별 Ass'y 및 조립 229

표 3-2-20. IPMSM의 제어전류 입력 236

표 3-2-21. 공압기반 제동 캘리퍼와 EMB 제동 캘리퍼 신뢰성 사양 비교표 275

표 4-1-1. 성과목표별 추진실적 및 달성율 291

그림목차 15

그림 2-1-1. Knorr의 차세대 제동시스템 아키텍처 적용 시 장점 33

그림 2-1-2. Knorr의 Brake-by-Wire 장점 발표 34

그림 2-1-3. Knorr의 EDV 아키텍처 34

그림 2-1-4. Knorr WSP 제어패턴 : 로템 전기기관차 적용 35

그림 2-1-5. TSI에서 WSP 기준만족을 위하여 필요한 Module 36

그림 2-1-6. TSI에서 WSP에 요구하는 다양한 기술기준(1) 36

그림 2-1-7. TSI에서 WSP에 요구하는 다양한 기술기준(2) 37

그림 2-1-8. TSI에서 WSP에 요구하는 다양한 기술기준(3) 37

그림 2-1-9. WSP adaptive control and sander 38

그림 2-1-10. Adhesion Management Solutions 38

그림 2-1-11. 독일 Knorr 사의 EWB 154R 와전류 제동시스템 39

그림 2-1-12. Linear Eddy Current 제동시스템의 효과 검증(ICE3 적용, Knorr 제품) 39

그림 2-1-13. ICE-3 부수대차에 취부된 선형 와전류 제동 시스템 40

그림 2-1-14. ICE-S 시험열차의 대차에 취부된 선형 와전류 제동 시스템 40

그림 2-1-15. ICE3 차량의 동력대차 및 차륜디스크 취부 41

그림 2-1-16. 독일 LZB 궤도회로 41

그림 2-1-17. 독일 Knoor와 DLR 개발 세라믹 디스크 다이나모 시험 42

그림 2-1-18. 이노트랜스 2018 Knorr 전시 부스 사진 42

그림 2-1-19. 경량 캘리퍼 적용 시 이산화탄소 저감량 43

그림 2-1-20. Knorr 경량화 캘리퍼 실물 사진 43

그림 2-1-21. Knorr의 자사제품군에 대한 LCA 분석 결과 홍보 44

그림 2-1-22. EMB 적용 시 제거가능한 하부 제동장치 개념도 44

그림 2-1-23. 아우디에 적용된 EMB 45

그림 2-1-24. 독일 Knorr EMB용 제동캘리퍼 45

그림 2-1-25. Shift2Rail 브로셔 내 EMB 소개자료 46

그림 2-1-26. 일본 N700 고속열차에 적용된 디스크 방식 와전류 제동장치 47

그림 2-1-27. 일본 자체 개발 Flexible 제동 PAD 47

그림 2-1-28. JR Central의 신규 고속열차 N700S WCRR 2019 소개 48

그림 2-1-29. N700S 제동성능 향상 48

그림 2-1-30. JR EAST의 ALFA-X 차량 WCRR2019 전시부스 49

그림 2-1-31. JR EAST의 ALFA-X 차량 WCRR2019 소개 49

그림 2-1-32. JR EAST의 ALFA-X 차량 사양서 50

그림 2-1-33. Fastech360 공력제동 시스템 51

그림 2-1-34. ALFA-X 공력제동 시스템 51

그림 2-1-35. CETROVO 개발 키워드 52

그림 2-1-36. CETROVO 측면 52

그림 2-1-37. CETROVO 정면 52

그림 2-1-38. CETROVO 기술사양 #1 53

그림 2-1-39. CETROVO 기술사양 #2 53

그림 2-1-40. CETROVO 제동 캘리퍼 사진 53

그림 2-1-41. 독일(좌), 프랑스(우) 복합소재 대차프레임 54

그림 2-1-42. 영국의 화차용 복합소재 대차프레임 54

그림 2-1-43. 일본 가와사키 중공업 복합소재 대차 55

그림 2-1-44. SIEMENS S7000 대차 56

그림 2-1-45. Hitachi inner frame bogie 56

그림 2-1-46. Bombardier FLEXX Eco bogie 56

그림 2-1-47. SIEMENS Velaro NOVO 시험열차의 밀폐형 대차구조 56

그림 2-1-48. SIEMENS Velaro NOVO 인보드 고속대차 57

그림 2-2-1. 국내 자동차용 EMB 주요 개발 사양 58

그림 2-2-2. DGIST 자동차용 EMB 개발품 59

그림 2-2-3. HEMU-430X 제동시스템 구성요소 60

그림 2-2-4. 속도단계별 감속도 제어 패턴 60

그림 2-2-5. 분산형고속열차 제동 블렌딩 제어 61

그림 2-2-6. 모듈집약형 제동제어장치 61

그림 2-2-7. 차량 MVB 통신과 제동제어장치간 인터페이스 및 BCN 개념도 62

그림 2-2-8. 제동디스크 국산화 개발품 차축(왼쪽), 차륜(오른쪽) 62

그림 2-2-9. 차륜 디스크 내부 방열 핀 설계 및 열전달 해석 62

그림 2-2-10. Compact 설계 제동 캘리퍼 국산화 63

그림 2-2-11. 개발 제동시스템 실차 제동시험결과 및 블렌딩 제어 검증 63

그림 2-2-12. 120 km/h 초저점착 시험결과 64

그림 2-2-13. 100 km/h Drag 시험결과 64

그림 2-2-14. 한국 철도연 복합소재 대차 66

그림 2-2-15. 용인 경전철용 인보드 대차 66

그림 3-1-1. 기존 차륜형상과 접촉집중 완화형 차륜형상의 접촉점 분포 70

그림 3-1-2. 각 차륜 형상에 대한 등가답면구배 70

그림 3-1-3. 접촉집중 완화형 차륜형상(안) 주요 치수 71

그림 3-1-4. 설계 데이터와 도면화 데이터의 접촉특성 비교 72

그림 3-1-5. 주행 진동모드 해석 흐름도 [2] 74

그림 3-1-6. HEMU-430X M1 차량 주행 진동모드 해석 결과 75

그림 3-1-7. HEMU-430X M1 차량 속도에 따른 감쇠비 변화 76

그림 3-1-8. HEMU-430X M1 차량의 300km/h 최소감쇠비 모드 78

그림 3-1-9. 대차 진동(헌팅) 모드 78

그림 3-1-10. 2차 횡방향 댐퍼 감쇠계수 변화에 따른 최소 감쇠비 해석 결과 [2] 79

그림 3-1-11. 2차 횡방향 강성계수 변화에 따른 최소 감쇠비 해석 결과 [2] 80

그림 3-1-12. 요댐퍼 감쇠계수에 따른 최소 감쇠비 해석 결과 [2] 81

그림 3-1-13. 요댐퍼 시리즈 강성계수에 따른 최소 감쇠비 해석 결과 [2] 82

그림 3-1-14. PT04형상 및 기존 현가특성 조합에 대한 감쇠비 해석결과 83

그림 3-1-15. PT05형상 및 기존 현가특성 조합에 대한 감쇠비 해석결과 83

그림 3-1-16. PT04 및 PT05 형상에 대한 현가특성 설계 결과 85

그림 3-1-17. 마모 차륜에 대한 주행 진동모드 해석결과 86

그림 3-1-18. 등가답면구배 변화에 따른 선형 임계속도 해석결과 87

그림 3-1-19. PT04 및 PT05 형상에 대한 현가특성 설계 조정안 88

그림 3-1-20. 현가특성 조정안에 대한 선형 임계속도 해석결과 89

그림 3-1-21. 4량 1편성 VI-Rail 열차 해석모델 90

그림 3-1-22. PT04 형상 임계속도 해석 결과 91

그림 3-1-23. PT05 형상 임계속도 해석 결과 91

그림 3-1-24. 기존 열차의 UIC518 OR 분석결과 [1] 92

그림 3-1-25. PT04 형상 및 신규 현가특성 적용 열차의 UIC518 OR 분석결과 93

그림 3-1-26. 곡선구간 주행안전도 해석을 위한 선로 모델 94

그림 3-1-27. ISO 2631 횡방향 가속도 필터 98

그림 3-1-28. PT04 형상 및 신규 현가특성 적용 열차모델의 차체 횡방향 가속도 99

그림 3-1-29. PT04 형상(위), PT05 형상(아래) 및 신규 현가특성 적용 열차모델 승차감 지수 향상 정도 106

그림 3-1-30. 주행속도 300km/h, PT04 형상의 직선 주행거리에 대한 최대 마모 깊이 해석결과 107

그림 3-1-31. 주행속도 300km/h, PT04 형상의 직선주행에 대한 마모저감 성능 108

그림 3-1-32. 주행속도 300km/h, PT04 형상의 직선주행에 대한 등가답면구배 변화 108

그림 3-1-33. 주행속도 300km/h, PT05 형상의 직선 주행거리에 대한 최대 마모 깊이 해석결과 109

그림 3-1-34. 주행속도 300km/h, PT05 형상의 직선주행에 대한 마모저감 성능 110

그림 3-1-35. 주행속도 300km/h, PT05 형상의 직선주행에 대한 등가답면구배 변화 110

그림 3-1-36. 주행속도 250km/h, PT04 형상의 직선주행에 대한 마모특성 해석결과 111

그림 3-1-37. 주행속도 200km/h, PT04 형상의 직선주행에 대한 마모특성 해석결과 111

그림 3-1-38. 주행속도 300km/h, PT04 형상의 R7000 주행에 대한 마모특성 해석결과 112

그림 3-1-39. 누적주행거리 37,000km, 각 형상의 곡선구간 마모깊이 113

그림 3-1-40. 누적주행거리 37,000km, 급곡선 구간 주행에 따른 각 차륜형상의 변화 114

그림 3-1-41. 마모차륜 형상에 대한 임계속도 해석결과 115

그림 3-1-42. 2차 현가 요댐퍼 단품시제 개념도 119

그림 3-1-43. 2차 현가 요댐퍼 단품시제 119

그림 3-1-44. 2차 현가 요댐퍼 단품시제 설계/시험 비교 (1단 강성) 126

그림 3-1-45. 2차 현가 요댐퍼 단품시제 설계/시험 비교 (2단 강성) 126

그림 3-1-46. 가이드 스프링 방식 1차 현가 조립체 단품시제 개념도 128

그림 3-1-47. 가이드 스프링 방식 1차 현가 조립체 단품시제 128

그림 3-1-48. 가이드 스프링 방식 1차 현가 조립체 단품시제 등가강성 특성시험 129

그림 3-1-49. 1차 현가 조립체 단품시제 등가강성 설계/시험 비교 133

그림 3-1-50. HEMU-430X M1 차량 차체 횡진동 주파수 특성 135

그림 3-1-51. HEMU-430X M1 차량의 차체진동 감쇠비 개선 136

그림 3-1-52. HEMU-430X M1 차량의 교체된 요댐퍼 136

그림 3-1-53. HEMU-430X M1 차량 요댐퍼 교체 후 차체 횡가속도 비교 137

그림 3-1-54. HEMU-430X M1 차량 요댐퍼 교체 후 횡방향 승차감 평가 (후위 위치) 138

그림 3-1-55. HEMU-430X M1 차량 요댐퍼 교체 후 횡방향 승차감 평가 (전위 위치) 138

그림 3-1-56. Zvi Rigbi and Leif Jilken에 의해 제안된 자기유변탄성체 시편 특성 시험[6] 139

그림 3-1-57. 천연고무 기반 자기유변탄성체를 이용한 차동마운트[7] 140

그림 3-1-58. 가변강성 차동마운트의 방향에 따른 최대 동적 강성 변화[7] 140

그림 3-1-59. Cross member rear bush의 자기유변탄성체 이용 메커니즘 3D 모델[8] 141

그림 3-1-60. 자기장 인가 코일의 전류 및 자기유변탄성체 두께에 따른 자기장 해석 결과[9] 141

그림 3-1-61. 실리콘 매트릭스 기반 자기유변탄성체를 이용한 가변강성 메커니즘[10] 142

그림 3-1-62. 철도차량 곡선주행 조향성능 향상을 목적으로 하는 종방향 가변강성 메커니즘[10] 142

그림 3-1-63. 철도차량용 가변강성 메커니즘의 동적강성 측정실험 및 결과[10] 143

그림 3-1-64. 구형 CIP 20% 혼입 자기유변탄성체의 15% strain 시험 결과, (좌)전단강성, (우)자기유변효과 144

그림 3-1-65. 구형 CIP 40% 혼입 자기유변탄성체의 15% strain 시험 결과, (좌)전단강성, (우)자기유변효과 145

그림 3-1-66. 구형 CIP 20% 혼입 자기유변탄성체의 40% strain 시험 결과, (좌)전단강성, (우)자기유변효과 145

그림 3-1-67. 구형 CIP 40% 혼입 자기유변탄성체의 40% strain 시험 결과, (좌)전단강성, (우)자기유변효과 145

그림 3-1-68. 시제 1의 자기유변탄성체 및 코일 배치(원뿔대형) 147

그림 3-1-69. 시제 2의 자기유변탄성체 및 코일 배치(적층형) 147

그림 3-1-70. 자기유변탄성체 이용 조인트 시제 1(원뿔대형)의 구성품 148

그림 3-1-71. 시제 2(적층형)의 구성품 149

그림 3-1-72. 코일에 인가되는 전류에 의해 발생하는 자기장 150

그림 3-1-73. FEM을 이용한 자기장 해석 154

그림 3-1-74. 전류 인가 방식 1 154

그림 3-1-75. 전류 인가 방식 2 155

그림 3-1-76. 전류 인가 방식 1에 따른 자기선속밀도 FEM 해석 결과 156

그림 3-1-77. 전류 인가 방식 2에 따른 자기선속밀도 FEM 해석 결과 157

그림 3-1-78. 시제 1(원뿔대형)의 최종 3D 모델 158

그림 3-1-79. 시제 1(원뿔대형)의 구성품 제작 158

그림 3-1-80. 시제 2(적층형)의 최종 3D 모델 159

그림 3-1-81. 가변강성 현가시제 특성시험을 위한 계측시스템(1) 159

그림 3-1-82. 가변강성 현가시제 특성시험을 위한 계측시스템(2) 160

그림 3-1-83. 코일 전류 인가 유무에 따른 충격 반응의 FFT 선도 161

그림 3-1-84. 코일 전류 인가 유무에 따른 주파수 변화 161

그림 3-1-85. 자기유변탄성체 자기장 생성 코일의 전류 인가에 따른 온도 변화 [12] 162

그림 3-2-1. ASTM E8 피로시험 시편 규격-1 165

그림 3-2-2. ASTM E8 피로시험 시편 규격-2 165

그림 3-2-3. ASTM E8 피로시험 시편 제작 도면 165

그림 3-2-4. 피로시험 시편 제작을 위한 원소재 166

그림 3-2-5. 피로시험 시편 제작을 위한 원소재 가공: 열처리 166

그림 3-2-6. 피로시험 시편 제작을 위한 원소재 가공: 표면처리 166

그림 3-2-7. 각 소재별 최종 피로물성치 측정 시편 167

그림 3-2-8. SM45C 피로시험 결과 및 S-N Curve 168

그림 3-2-9. SCM440 피로시험 결과 및 S-N Curve 169

그림 3-2-10. SM490A 피로시험 결과 및 S-N Curve 169

그림 3-2-11. 피로해석 S/W 검증을 위한 시편 모델 170

그림 3-2-12. 피로해석 S/W 검증을 위한 시편 모델의 경계조건 부여 171

그림 3-2-13. 피로해석 S/W 및 모델 검증결과 171

그림 3-2-14. EMB 시제품 구조해석 및 피로해석을 위한 3D 모델링 172

그림 3-2-15. EMB 시제품 구조해석 및 피로해석을 위한 Mesh - 1 172

그림 3-2-16. EMB 시제품 구조해석 및 피로해석을 위한 Mesh - 2 173

그림 3-2-17. EMB 시제품 구조해석을 위한 경계조건 부여 175

그림 3-2-18. EMB 시제품의 토크 및 축력 적용 위치 175

그림 3-2-19. EMB 시제품 구조해석을 위한 Interaction 조건 부여 176

그림 3-2-20. 모터샤프트 최대응력 및 최소 수명 위치 178

그림 3-2-21. 편심샤프트 최대응력 및 최소 수명 위치 178

그림 3-2-22. 기어-1 최대응력 및 최소 수명 위치 179

그림 3-2-23. 기어-2 최대응력 및 최소 수명 위치 179

그림 3-2-24. EMB 시제품 개선안 구조해석 및 피로해석 결과 181

그림 3-2-25. EMB 2차년도 시제품 (감속기 수직연결) 182

그림 3-2-26. Spiral Bevel 기어 적용 감속기 183

그림 3-2-27. 실제 HEMU 차량 공기제동 캘리퍼 하부공간(주차제동장치) 184

그림 3-2-28. EMB 감속기 연결 구조 설계 변경 (좌: 기존, 우: 개선) 185

그림 3-2-29. EMB 2차 시제품에 적용되는 직각형 감속기 186

그림 3-2-30. 직각형 감속기가 적용된 EMB 시제품 1차도면 187

그림 3-2-31. 직각형 감속기와 EMB Bottom plate 인터페이스 실물 검증 187

그림 3-2-32. 전형적인 도그 클러치 구조 188

그림 3-2-33. 도그 클러치 구조가 포함된 EMB 동력 전달 및 차단 기구구조 189

그림 3-2-34. 도그 클러치의 구동 구조 개념설계 190

그림 3-2-35. 도그 클러치 구조의 EMB 시제품 적용 상세설계 191

그림 3-2-36. 도그 클러치 구조 동작 메커니즘 검증 시제품 192

그림 3-2-37. 도그 클러치 결합 상태에서 모터축 회전에 따른 편심축의 회전 검증 193

그림 3-2-38. 도그 클러치 조정나사 회전에 따른 도크 클러치 분리 메커니즘 검증 194

그림 3-2-39. IPMSM 최적화설계 절차 197

그림 3-2-40. 초기 IPMSM 출력특성 그래프 200

그림 3-2-41. 민감도 분석 결과 (a) 토크출력 (b) 리플률 203

그림 3-2-42. 토크출력 및 토크리플에 대한 FEM 해석결과 207

그림 3-2-43. 최적설계에 따른 IPMSM의 토크 출력 207

그림 3-2-44. 전류 / 토크 및 극전압 파형 209

그림 3-2-45. 전류 / 출력 파형 및 역률 파형 210

그림 3-2-46. 전류 / 효율 파형 및 선간전압 파형 211

그림 3-2-47. 속도 / 토크 및 선간전압 파형 212

그림 3-2-48. 속도 / 출력 및 극전압 파형 213

그림 3-2-49. 속도 / 효율 및 역률 파형 214

그림 3-2-50. 영역별 메쉬모델 215

그림 3-2-51. 무부하 코깅토크 및 FFT 216

그림 3-2-52. 무부하 상전압 및 FFT 217

그림 3-2-53. 무부하 선간전압 및 공극에서의 힘 218

그림 3-2-54. 부하시 상전압 및 선간전압 219

그림 3-2-55. 부하상태의 출력토크 220

그림 3-2-56. 자속밀도 분포 220

그림 3-2-57. 토크곡선 및 효율맵 222

그림 3-2-58. 토크곡선 및 입력전류 222

그림 3-2-59. d-q축 전류입력에 따른 토크출력 223

그림 3-2-60. 토크에 따른 손실 맵 224

그림 3-2-61. 3D 와인딩 및 mesh구성 224

그림 3-2-62. 1차(좌) 및 2차(우) 시제품 중량 비교 225

그림 3-2-63. EMB 캘리퍼 2차 시제품 최종 조립 도면 226

그림 3-2-64. EMB 캘리퍼 구동 본체 조립 도면 227

그림 3-2-65. EMB Motor Assembly 도면 228

그림 3-2-66. EMB 캘리퍼 시제품 조립 절차서 229

그림 3-2-67. EMB 캘리퍼 2차 시제품 최종 조립 결과 – 1 231

그림 3-2-68. EMB 캘리퍼 2차 시제품 최종 조립 결과 – 2 232

그림 3-2-69. d-q축 전류와 β와의 관계도 234

그림 3-2-70. IPMSM 제어로직 235

그림 3-2-71. d-q축 전류제어 기준값 설정도 235

그림 3-2-72. 안티와인드업 피드백 전류제어 개념도 237

그림 3-2-73. 제어로직 적용전의 전류제어결과 237

그림 3-2-74. 제어로직 적용전의 모터 토크 및 압부력 238

그림 3-2-75. 제어로직 적용시 전류제어결과 239

그림 3-2-76. 제어로직 적용시 모터 토크 및 압부력 239

그림 3-2-77. 제어로직 적용 전과 후의 제어전류 비교 240

그림 3-2-78. 제어로직 적용 전과 후의 모터토크 및 압부력 비교 240

그림 3-2-79. EMB 실험 구성도 241

그림 3-2-80. 제어로직 적용 전과 후의 전류제어 및 압부력 242

그림 3-2-81. 속도제어기에 의한 IPMSM 회전속도 및 압부력 242

그림 3-2-82. 속도제어기 제어로직 적용 전과 후의 전류제어 및 압부력 243

그림 3-2-83. 제어로직 적용 전과 후의 입력 전류 비교 243

그림 3-2-84. 외부제어장치 개념도 244

그림 3-2-85. 외부제어장치 GUI 현시 화면 및 제작품 245

그림 3-2-86. 제동 지령 B7에 따른 압부력제어 246

그림 3-2-87. 제동 지령 B7에 따른 위치제어 246

그림 3-2-88. 제동 지령 B7에 따른 속도제어 247

그림 3-2-89. 제동 지령 B6에 따른 압부력제어 247

그림 3-2-90. 제동 지령 B6에 따른 위치제어 248

그림 3-2-91. 제동 지령 B6에 따른 속도제어 248

그림 3-2-92. 제동 지령 B5에 따른 압부력제어 249

그림 3-2-93. 제동 지령 B5에 따른 위치제어 249

그림 3-2-94. 제동 지령 B5에 따른 속도제어 250

그림 3-2-95. 제동 지령 B4에 따른 압부력제어 250

그림 3-2-96. 제동 지령 B4에 따른 위치제어 251

그림 3-2-97. 제동 지령 B4에 따른 속도제어 251

그림 3-2-98. 제동 지령 B3에 따른 압부력제어 252

그림 3-2-99. 제동 지령 B3에 따른 위치제어 252

그림 3-2-100. 제동 지령 B3에 따른 속도제어 253

그림 3-2-101. 제동 지령 B2에 따른 압부력제어 253

그림 3-2-102. 제동 지령 B2에 따른 위치제어 254

그림 3-2-103. 제동 지령 B2에 따른 속도제어 254

그림 3-2-104. 제동 지령 B1에 따른 압부력제어 255

그림 3-2-105. 제동 지령 B1에 따른 위치제어 255

그림 3-2-106. 제동 지령 B1에 따른 속도제어 256

그림 3-2-107. B1 ~ B7 연속상승 제동지령에 대한 압부력 출력 256

그림 3-2-108. B1 ~ B7 연속상승 제동지령에 대한 위치제어 257

그림 3-2-109. B7 ~ B1 연속하강 제동지령에 대한 압부력 출력 257

그림 3-2-110. B7 ~ B1 연속하강 제동지령에 대한 위치제어 특성 258

그림 3-2-111. HEMU-430X 차량 동력차륜 도면 259

그림 3-2-112. 다이나모 시험을 위한 동력차륜 자재 수급 260

그림 3-2-113. HEMU-430X 차륜디스크 도면 260

그림 3-2-114. 다이나모 시험을 위한 차륜디스크 자재 수급 261

그림 3-2-115. 원내 다이나모 시험기 전경 261

그림 3-2-116. 기존 KTX-산천 휠디스크 다이나모 시험 인터페이스 도면 262

그림 3-2-117. EMB, 차륜디스크와 제동 다이나모 시험 인터페이스 도면 262

그림 3-2-118. EMB 캘리퍼 고정 지그 설계 도면 263

그림 3-2-119. EMB 캘리퍼 고정 지그 제작 결과 263

그림 3-2-120. 스핀들 지그 –1 설계도면 264

그림 3-2-121. 스핀들 지그 –2 설계도면 264

그림 3-2-122. 스핀들 지그 –1 제작결과 265

그림 3-2-123. 스핀들 지그 –2 제작결과 265

그림 3-2-124. 스핀들 지그와 차륜디스크 조립 도면 266

그림 3-2-125. 차륜 디스크 및 차륜 자재 (조립 전) 266

그림 3-2-126. 차륜 디스크 및 차륜 자재 (조립 후) 267

그림 3-2-127. 차륜 압입선도 성적서 267

그림 3-2-128. 최종 압입된 차륜 디스크 268

그림 3-2-129. EMB 캘리퍼 시제품 다이나모 시험기 설치 작업 268

그림 3-2-130. 차륜디스크 및 EMB 캘리퍼 시제품 설치 결과 269

그림 3-2-131. HEMU MC차량 속도별 제동력 선도 270

그림 3-2-132. 다이나모 시험을 위한 계측장비 및 파워 서플라이 설치 271

그림 3-2-133. EMB 시제품 110km/h 다이나모 시험 결과 271

그림 3-2-134. 110km/h 다이나모 시험 영상 272

그림 3-2-135. EMB 시제품 300km/h 다이나모 시험 결과 273

그림 3-2-136. EMB 시제품 300km/h 다이나모 시험 영상 273

그림 3-2-137. EMB 시제품 다이나모 시험 결과와 기존 공압식 다이나모 시험결과 비교 274

그림 3-2-138. EMB 시제품 300km/h 다이나모 시험 시 전동기 파형 274

그림 3-2-139. EN 50125-1 온도시험 항목 276

그림 3-2-140. KS R 9213 온도시험 항목 276

그림 3-2-141. 제동 캘리퍼 대차 취부 인터페이스 도면 277

그림 3-2-142. EMB 캘리퍼 시제품 온도시험 지그 설계 도면 278

그림 3-2-143. EMB 캘리퍼 시제품 온도시험 지그 제작 결과 279

그림 3-2-144. EMB 캘리퍼 시제품 온도시험 챔버 내 설치 280

그림 3-2-145. EMB 캘리퍼 시제품 온도시험 챔버 및 동작성능 계측 사진 281

그림 3-2-146. 고온시험 온도 세팅 281

그림 3-2-147. 고온시험 동작거리 확인 (위)제동 (아래)완해 282

그림 3-2-148. 저온시험 온도 세팅 282

그림 3-2-149. 저온시험 동작거리 확인 (위)제동 (아래)완해 283

그림 3-2-150. 온도시험 공인기관 시험성적서 283