Although cable supported bridge construction has greatly increased in popularity over recent years with the development of bridge design and construction technology, problems of serviceability and the maintenance of dampers due to cable vibration have been continuously raised. Therefore, research on electromagnetic dampers that can reduce maintenance costs by monitoring vibration through semi-permanent drive characteristics, attenuation function through semi-active control, and energy harvest function through self-power generation is actively underway. In this study, a new type of regenerative hybrid electrodynamic damper was proposed for reducing stay cable vibration. The damping and energy harvesting performance of the proposed damper was analyzed, and the applicability of the integrated monitoring system was examined. To propose a new type of damper, the numerical analysis of the mathematical model and the characteristic tests of the dampers including the eddy current type electromagnetic damper were carried out, and a finite element model was established based on the main design variables derived. Through electromagnetic finite element analysis, the electromagnetic and physical characteristics and dynamic hysteresis of the proposed damper were analyzed. Based on the experimental results, validity of the finite element model was verified and an optimization analysis was performed to improve damping density. The prototype of the proposed damper and cable exciter were fabricated, and the damping performance was evaluated by performing cable vibration test and analyzing the response. The damping and induced current changes according to the external resistance connected to the damper were analyzed to examine the semi-active control utilization and energy harvesting performance. The analysis results confirm that the proposed new type of regenerative hybrid electrodynamic damper showed enhanced damping and energy harvesting than the electromagnetic dampers represented by coil type. The feasibility of building an integrated system that can simultaneously perform damping and vibration monitoring was confirmed.
최근 교량 설계 및 시공 기술이 발달하면서 케이블교량 건설이 크게 증가했으나, 케이블 진동과 관계된 교량 사용성과 댐퍼의 유지관리 문제는 지속적으로 제기되고 있다. 따라서 반영구적인 구동특성과 반능동 제어를 통한 감쇠기능, 자가발전을 통한 에너지수확기능으로 진동모니터링을 수행하여 유지관리 비용을 절감할 수 있는 전자기댐퍼에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 사장 케이블의 진동 저감을 위한 회생복합형 전자기댐퍼를 제안하였으며, 감쇠 및 에너지수확성능을 분석하고 통합된 모니터링 시스템으로의 활용가능성을 검토하였다. 새로운 형식의 댐퍼를 제안하기 위해 전자기댐퍼의 수학적 모델에 대한 수치분석과 와전류형 전자기댐퍼를 포함한 기존 전자기댐퍼들에 대한 특성시험을 수행하였으며, 도출된 주요 설계변수들을 바탕으로 유한요소해석 모델을 제안하였다. 전자기 유한요소해석을 통해 제안한 댐퍼의 전자기적, 물리적 특성과 동적이력을 분석하였으며, 해석모델 유효성 검증과 감쇠밀도 향상을 위한 최적화 해석을 수행하였다. 제안한 댐퍼의 시작품과 케이블용 가진기를 제작하여 실물 케이블에 대한 진동실험을 수행하였으며 케이블 응답을 분석하고 감쇠성능을 평가하였다. 그리고 댐퍼와 연결된 외부저항에 따른 감쇠와 유도전류 변화를 분석하여 제안한 댐퍼의 반능동제어 활용가능성과 에너지수확성능을 살펴보았다. 분석 결과, 제안한 새로운 형식의 회생복합형 전자기댐퍼는 코일형으로 대표되는 기존 전자기댐퍼보다 향상된 감쇠성능과 에너지수확성능이 나타남을 확인하였다. 그리고 감쇠와 모니터링을 동시에 수행할 수 있는 통합된 시스템으로의 활용가능성을 확인하였다.
