KR100415128B1 - 전동기구동시스템 - Google Patents

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KR100415128B1
KR100415128B1 KR1019970708112A KR19970708112A KR100415128B1 KR 100415128 B1 KR100415128 B1 KR 100415128B1 KR 1019970708112 A KR1019970708112 A KR 1019970708112A KR 19970708112 A KR19970708112 A KR 19970708112A KR 100415128 B1 KR100415128 B1 KR 100415128B1
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Abstract

철도 차량 및 궤도 차량용 구동 장치에서는 구동 모터(8)의 냉각이 개선되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 모터 샤프트(3) 및 팬휠(1) 사이에는 전자 회전수 제한 장치 및 조절 장치(7)가 제공되고, 상기 장치는 팬휠의 회전수 이상으로 모터 회전수가 증가함에 따라 필요한 냉각 공기량 만큼 냉각 공기 이송을 제한하며, 예정될 수 있는 모터 회전수부터 팬휠의 회전수가 모터 회전수에 비해 감소될 수 있다.

Description

전동기 구동 시스템
회전 전류-철도 견인 모터와 같은 철도 차량 및 궤도 차량용 전동기는, 모터-토크 및 모터 중량 그리고 구조적 형태를 작게 유지하기 위해 점점 더 높은 회전수로 작동된다. 독일 특허 출원 공고 명세서 25 14 265호에 따라, 모터를 냉각시키기 위해 모터 샤프트상에 고정 배치된 하나의 팬휠이 제공되며, 상기 팬휠은 개별 모터 회전수로 구동되고, 모터에 의해서 또는 특수한 외부-냉각 채널을 통해 주변 공기를 흡입하거나 또는 밀어낸다.
주변 공기 및 모터의 공기 이송량에 의존하지 않도록 하기 위해, 공기 가이드 장치 및 고유의 송풍기 모터를 갖춘 외부 환기 장치를 기초로하여 또는 수냉 장치를 기초로하여 작동되는 외부 냉각 시스템이 이미 제안되었다. 그러나 상기 냉각 시스템 및 상기 시스템의 제어는 비용이 많이 든다.
회전 속도가 상승됨에 따라 증가되는 모터 소음을 환기 장치에 의해 감소시키기 위해, 스위스 특허 출원 공개 명세서 664 242호에는 회전하는 전기 기기용 냉각 공기 환기 장치가 공지되어 있는데, 상기 장치는 요우크에 고정된 고정자, 및 상기 요우크상에 회전 가능하게 지지된 샤프트상에 고정된 회전자를 포함하며, 이 경우 상기 냉각 공기 환기 장치는 베어링에 의해 샤프트상에 회전 가능하게 배치된다. 다수의 자석쌍이 상기 회전자 또는 환기 장치 위에 고정된다. 철을 함유하지 않는 플레이트는 상기 환기 장치에 또는 회전자에 고정되며, 상기 자석쌍 사이에 배치된 링형 플랜지를 포함한다. 상기 환기 장치는 플레이트 플랜지내에서 유도되 는 와류와 자석 사이의 상호 작용에 의해 구동된다. 속도의 함수로서 증가하는 슬립이 나타나며, 환기 장치에 의해 야기되는 소음 레벨이 감소된다. 회전수가 높은 경우에는 충분한 주행 공랭이 바람직하게 이루어질 수 있기 때문에, 커플링의 종속작용은 무효화될 때까지 정지될 수 있다.
전술한 모터 냉각시, 모터 샤프트상에 고정 배치된 팬휠에 각각의 모터 회전수에 비례하여 냉각 공기량을 발생하며, 따라서 통상적으로 높은 회전수 범위내에서는 냉각에 필요하지 않은 많은 냉각 공기량이 생기고, 상기 과공기는 높은 에너지 소비 및 심한 방해 소음을 야기한다. 높은 에너지 소비는 또한 구동 모터의 불필요한 가열을 야기시킨다.
본 발명은 하나의 전동기, 및 모터 샤프트상에 배치된 하나 이상의 팬휠을 갖는, 특히 철도 차량 및 궤도 차량용 전동기 구동 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템에서 모터 회전수에 의존하는 전자기 슬립핑 클러치는 상기 모터 샤프트상에 자유롭게 회전 가능하도록 지지된 팬휠과 모터 샤프트 사이에 배치된다.
본 발명은 도면을 참조하여 하기의 실시예에서 자세히 설명된다.
도 1은 특히 높은 회전수로 작동될 수 있는 회전 전류-철도 견인 모터에 적합한, 본 발명에 따른 전동기 구동 시스템의 단면도이다.
본 발명의 목적은, 구동 모터의 냉각, 기능 안전성 및 구성과 관련하여 전술한 전동기 구동 장치를 개선시키고 단순화하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 본 발명에의해, 비교적 낮은 모터 회전수에서는 냉각 공기량이 충분히 이용되는 한편, 모터 회전수가 비교적 높거나 또는 높은 경우에는 이송되는 냉각 공기량이 더 이상 상승되는 모터 회전수에 비례하여 증가되지 않는다. 모터 샤프트에 대해 축방향 고정 장치가 팬휠 보스를 위해 제공되고, 스페이서를 갖는 열절연 장치가 상기 팬휠의 베어링과 전자기부 사이에 배치됨으로써, 커플링의 조립은 간단해지고 구동 장치의 기능 안전성은 높아진다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 모터 샤프트상에 자유롭게 회전 가능하게 지지된 팬휠과 모터 샤프트 사이에는 모터 회전수에 의존하여 작용하는 전자기 슬립핑 클러치가 제공되며, 모터 샤프트의 회전수가 증가할 때 상기 클러치의 종속 작용은 거의 무효화될 때까지 중단되다가 모터 샤프트의 회전수가 감소될 때 다시 완전한 종속 작용이 이루어질 때까지 상기 종속 작용이 증가되는 방식으로 이루어진다.
따라서, 공지된 외부 환기 장치 또는 수냉 장치를 이용하지 않고서도 그리고 많은 기술적인 비용 또는 필수 조건 즉, 특수하고 비싼 스위칭 장치 및 모니터링 장치를 투입하지 않고서도, 주행 동작에 매칭되는 모터 냉각이 이루어질 수 있다. 또한, 보다 간단하고 강력한 고유의 환기 장치를 갖춘 전동기 구동 장치가 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 발생되는 냉각 공기량의 회전수 비례성은 단지 냉각 요구 조건을 만족하는 회전수까지만 유지될 수 있고, 상기 회전수부터는 팬휠이 작은 회전수로 구동됨으로써, 에너지 소비 및 송풍기의 소음이 현저하게 감소될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 다른 청구항에서 제공된다.
하나의 모터 베어링(4) 및 하나의 모터 샤프트(3)는 공지된 전동기(8)에 의해 설명된다. 상기 모터 샤프트(3)상에는 전동기(8)를 공랭시키기 위한 하나의 팬휠(1)이 제공된다. 이 경우 팬휠의 보스(11)가 베어링(2)의 중간 장치 하부에 있는 모터 샤프트(3)상에서 자유롭게 회전될 수 있도록 지지됨으로써, 상기 팬휠이 직접 방식 구동 장치 없이도 모터(8)와 커플링된다.
모터 샤프트(3)상에 자유롭게 회전될 수 있도록 지지된 팬휠(1)과 상기 모터 샤프트 사이에는 냉각 공기 송풍기용 전자기 회전수 제한 장치 및 회전수 조절 장치가 있다. 실시예에서 전자기 슬립핑 클러치(5 - 7)로 설계된 상기 장치는, 팬휠에 작용하는 구동 작용이 모터 회전수가 증가함에 따라, 특히 소정의 회전수 범위부터 상기 슬립핑 클러치를 통해 감소되는 방식으로 작용한다. 상기 슬립핑 클러치는 다른 한편으로, 소정의 회전수 범위 아래로 모터 회전수가 떨어질 때 팬휠에 작용하는 커플링의 구동 작용이 증가되도록 작용한다.
도시된 실시예에서 모터 샤프트(3)는 예컨대 링형 리세스(13)내에서 영구 자석(5)을 지지하는 한편, 상기 팬휠(1) 또는 팬휠 보스(11)에는 바람직하게 자기성 재료(6)내로 삽입되는 하나 이상의 단락 권선 또는 케이지 권선(7)이 장치된다. 실시예에서 상기 장치는, 팬휠 베어링(2)과 전자기부(6, 7) 사이에 스페이서(10)를 갖는 하나의 열 절연 장치가 상기 장치에 제공되고, 모터(8)를 향한 상기 전자기부 (6, 7)의 측면상에 축방향 고정 장치(9)가 제공되도록 형성된다. 팬휠의 날개는 도면 부호 (12)로 표시되었다.
도시되지 않은 실시예에 따라, 영구 자석이 또한 팬휠에도 배치됨으로써 전자기부(6, 7)가 모터 샤프트에 배치될 수 있다. 상기 슬립핑 클러치의 자기성 여기는 영구 자석을 통해서 및 모터 샤프트(3) 또는 팬휠(1)의 회전에 의해 이루어진다. 팬휠의 종속 작용에 필요한 토크는 케이지 회전자를 갖는 비동기 장치에서와 동일한 원리로, 단락 권선(7)내에서의 전기 전압의 유도에 의해 형성된다. 상기 케이지 권선은 - 영구 자석의 설치에 의존하여 - 팬휠내에 또는 모터 샤프트상에 배치될 수 있고, 자기성 재료(6)내에 삽입된다. 상기 장치는 특히, - 상황에 따른 반응 모멘트는 제외하고 - 예정된 회전수에서 최대 모멘트(미동 모멘트(tilting moment))가 달성되도록 측정되며, 상기 회전수에서는 모멘트가 공기 역학적 순환의 압력 강하를 극복하기에 충분하다. 상기 회전수는 통상적으로 최대 회전수의 60 내지 70%이다. 모터 회전수가 상기 값을 초과하면, 팬휠용 커플링의 토크-슬립핑-특성 곡선으로 인해 비교적 낮은 회전수가 설정되고, 그럼으로써 냉각 공기량, 에너지 비용 및 팬 소음이 감소된다.
본 발명에 따른 전동기 구동 시스템은 철도 차량 및 궤도 차량에 이용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 하나의 전동기(8) 및 모터 샤프트(3)상에 배치된 적어도 하나의 팬휠(1)을 가지며, 모터 회전수에 의존하는 전자기 슬립핑 클러치가 상기 모터 샤프트상에 자유롭게 회전 가능하도록 지지된 팬휠과 모터 샤프트 사이에 배치되도록 구성된, 특히 철도 차량 및 궤도 차량용 전동기 구동 시스템에 있어서,
    냉각 공기의 이송을 필요한 냉각 공기량으로 제한하는 전자기 회전수 제한 장치 및 전자기 회전수 조절 장치(5 - 7)가 모터 샤프트(3)와 팬휠(1) 사이에 제공되며,
    모터 샤프트의 회전수가 증가할 때 상기 클러치의 종속 작용은 거의 무효화 될 때까지 중단되다가 모터 샤프트의 회전수가 감소될 때 다시 완전한 종속 작용이 이루어질 때까지 상기 종속 작용이 증가되는 방식으로, 팬휠의 회전수가 소정의 모터 회전수부터는 모터 회전수에 비해 감소될 수 있으며,
    상기 팬휠(1)은 팬휠 보스(11)내에 삽입된 베어링(2)을 통해 상기 모터 샤프트(3)상에 자유롭게 회전 가능하도록 지지되고,
    상기 팬휠 보스는 모터 샤프트(3)에 대해 축방향 고정 장치(9)를 포함하며,
    상기 모터 샤프트(3)가 영구 자석(5)을 지지하고, 상기 팬휠(1)의 보스(11)내에 단란 권선(7)이 제공되거나, 또는 상기 팬휠에 영구 자석이 제공되고, 모터샤프트에 단란 권선이 제공되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단락 권선(7)이 자기화 가능한 재료(6)내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 팬휠의 베어링(2)과 전자기부(5 - 7) 사이에 스페이서(10)를 갖는 열절연 장치가 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    캡슐화된 또는 폐쇄 통풍형 전자 모터(8)용 팬휠(1)이 흡입 환기 장치 또는 압력 환기 장치용 모터 샤프트(3)상에 자유롭게 지지 및 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    영구 자석(5) 및/또는 자기화 가능한 재료(6)내에 삽입된 단락 권선(7)이 링형으로 또는 부분적으로 링형으로 팬휠(1)의 보스(11)내에 또는 모터 샤프트(3)내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    모터 샤프트와 팬휠 사이의 최대 미동 모멘트 또는 최고 종속 작용이 예정된회전수에서 달성되도록 전자기 슬립핑 클러치(5 - 7)의 치수가 설정되고, 상기 회전수에서는 모멘트가 공기 역학적 순환의 압력 강하를 극복하기에 충분하며, 상기 회전수는 최대 회전수의 60 내지 70% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    높은 회전수로 작동될 수 있는 회전 전류-철도 견인 모터를 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 전동기 구동 시스템.
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