KR100732598B1 - 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치 및 이를 구비한 레일 차량용 전기 모터 - Google Patents

레일 차량용 전기 모터용 환기 장치 및 이를 구비한 레일 차량용 전기 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입구 챔버(C) 내에 놓이고 양방향으로 회전 가능하고 모터(1) 방향으로 공기를 이송하는 원심 팬(24)을 포함하는 장치에 관한 것이다. 팬(24)에 의해 이송된 기류(F1)는 모터(1)의 적어도 로우터(5)를 포함하는 제한 공간(E)의 내부 방향을 취하는 내부 기류(F2)와, 모터(1)의 고정자(8)를 냉각하는 덕트(31) 방향을 취하는 외부 기류(F3)로 분할된다.
상기 냉각은 특히 모터가 오염되는 위험성을 감소시키면서 효율적으로 달성된다.
입구 챔버, 모터, 기류, 원심 분리기, 팬, 로우터, 고정자, 덕트,

Description

레일 차량용 전기 모터용 환기 장치 및 이를 구비한 레일 차량용 전기 모터 {VENTILATION DEVICE AND RAIL TRACTION ELECTRIC MOTOR EQUIPPED WITH SUCH A DEVICE}
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레일 차량용 모터의 종단면도.
도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레일 차량용 모터의 경우에서 도1과 유사한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 모터
2 : 중심 샤프트
3 : 베어링
5 : 로우터
8 : 고정자
9 : 권선부
e : 갭
11 : 단부판
12 : 플랜지
16 : 나사
17 : 노즐
18 : 오리피스
20 : 내부 케이싱
21 : 외부 케이싱
22 : 격자
24 : 팬
본 발명은 환기 장치와 이 장치를 갖춘 레일 차량용 전기 모터에 관한 것이다.
레일 차량용 분야에서, 전기 모터는 일반적으로 기관차 또는 캐리지의 본체 아래의 보기(bogey)에 합체된다. 전기 모터가 상당한 전력을 소비할 수 있기 때문에, 이 전력의 일부는 분산되도록 냉각될 필요가 있고 이를 위해 외부 공기를 사용하는 실시는 공지되어 있다. 그러나, 트랙 상에 오물이 있을 수 있고 다른 한편으로는 바람직하지 못한 날씨 상태로 인해 비 또는 진흙이 트랙 상에 있을 수 있기 때문에 레일 차량용 모터의 주위는 일반적으로 오염되어 있다. 이러한 이유로, 냉각 공기 흡기구 상에 필터 또는 격자를 설치함으로써 주위로부터 상기의 물질들이 전기 모터에 유입되는 것을 방지하는 실시는 공지되어 있다. 또한, 모터 냉각 공기가 기차의 내부 컴파트먼트 또는 기관차의 지붕 근처의 영역에서와 같이 적게 오염된 영역으로부터 트렁킹(trunking)의 길이를 통해 흡입될 수 있는 실시는 공지되어 있다. 이 기구는 냉각 공기 유동이 상기 통로를 따라 압력을 현저하게 강하시켜 효율은 감소되고 모터의 오염을 초래한다.
프랑스 공개 공보 제2,645,817호에는 팬(fan)에 의해 이송된 공기를 사용하여 레일 차량용 모터를 환기시키는 것이 개시되어 있고, 이때 공기의 일부는 분리 부재가 있는 개방 페이싱(facing) 안으로 원심 분리됨으로써 토출된다. 가장 무거운 입자는 원심력의 영향에 의해 제거되며, 이로써 모터의 내부 용적으로 전달되지 않는다. 그러나, 상기 원심 분리의 효율은 모터의 러닝 속도와 연동하는 입구 팬의 회전 속도에 따라 달라진다. 이러한 속도는 모터 사용 시의 상태에 따라 달라지므로 특히, 전차 또는 트롤리 버스 형태의 도시형 레일 차량과 같이, 모터가 통상 저속으로 구동될 수 있다. 또한, 주연 방향 개구를 통해 토출되는 공기는 냉각 중에 어느 부분에도 작동하지 않고 대기로 직접 공기 흐름의 일부를 토출시킴으로써 음향 방출이 발생한다.
본 발명은 이러한 단점이 더러움 또는 오염의 위험성을 최소화하면서 팬에 의해 이송되는 모든 공기가 모터 냉각을 위해 사용되는 환기 장치를 제안함으로써 극복될 수 있음을 설명한다.
이러한 생각으로 본 발명은 모터가 일방향 또는 양방향으로 회전할 수 있고 입구 챔버 상에 위치되고, 모터를 향해 공기를 이송시키는 원심 팬을 포함하는 레일 차량용 전기 모터를 환기시키기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 팬에 의해 이송되는 공기 흐름은 팬에 의해 적어도 모터의 로우터를 포함하는 제한 공간의 내부 방향을 취하는 내부 흐름과, 모터의 고정자를 냉각시키기 위해 덕트 방향을 취하는 외부 흐름으로 분리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 입구 팬에 의해 이송된 공기 흐름은 로우터 및 모터의 고정자 모두를 냉각시키는데 사용되고, 비교적 무거운 입자에 의해 오염되기 쉬운 공기의 일부는 원심력의 영향 하에 외부, 즉 고정자 냉각을 위한 덕트를 향한 방향을 취하지만, 내부 흐름을 구성하는 덜 오염된 부분은 모터 내부의 더러움에 대한 큰 위험없이 제한 공간의 내부를 향한 방향을 취할 수 있다.
바람직하지만 필수적이지 않은 본 발명의 양태에 따라 상기 장치는 다음의 하나 이상의 특징과 관련된다.
-. 상기 팬은 공기를 상기 덕트용 공급 노즐 안으로 이송시키고, 제한된 영역으로부터 노즐의 내부 체적을 분리하는 격벽은 제1 흐름을 순환시키도록 적어도 하나의 연통 개구로 천공되어 있다. 노즐의 내부 체적과 상기 공간 사이의 연통을 위한 수 개의 개구가 제공될 수 있고, 이러한 개구는 모터의 중심축 주위에 대략 균일하게 분포하게 된다. 이러한 개구는 제2 흐름을 위한 노즐에 의해 형성된 통로 내측 상에 방사상으로 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 측면에 의해 상기 공간을 향해 방향이 취해진 냉각 공기의 제1 흐름은 고정자를 냉각시키기 위해 덕트 방향으로 방향이 취해진 흐름으로부터 벗어나 "태핑(tapped)"되고, 상기 태핑은 대부분 오염된 공기 즉, 대부분이 비교적 무거운 입자가 적재된 공기가 있는 노즐의 내부면에서 발생된다.
-. 제1 공기 흐름이 상기 공간에서 제거되게 하는 적어도 하나의 출구가 제공된다. 상기 출구는 고정자를 냉각시키기 위한 덕트의 마우스 근처에 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 개구에서 제거되는 공기 흐름과 상기 덕트에서 제거되는 공기의 흐름을 분리하기 위한 리브가 제공되는 것이 바람직하다.
-. 제2 팬은 내부 흐름으로부터 제한 공간 내부에 공기의 유동을 발생시키거나 또는 조력한다. 상기 제2 팬은 제한 공간 내에서 공기의 이동을 증가시켜 이 공간 내에 포함된 부품의 냉각 효율을 향상시킨다.
-. 상기 제한 공간은 로우터, 고정자의 내부 중심부, 상기 고정자 또는 상기 모터와 합체된 적어도 하나의 권선부, 상기 모터의 중심 샤프트의 일부 및 가능하다면 제2 팬을 포함한다. 따라서 전술한 모든 부품은 제1 공기 흐름에 의해 냉각된다.
또한 본 발명은 상기 설명한 것처럼 환기 장치를 구비한 레일 차량용 전기 모터에 관한 것이다. 이러한 모터는 오염된 환경 내에서 비교적 작은 크기로 제조된 본 명세서에 따른 고 출력 모터에 대해 고려된 효과적인 냉각수단을 포함하여 매우 만족스럽게 작동한다.
본 발명은 보다 잘 이해할 수 있고 다른 이점은 예를 통해서 그리고 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 원리에 따른 환기 장치에 구비된 레일 차량용 모터의 2개의 실시예에 대한 설명으로 명백하게 알 수 있다.
도1에 도시된 모터(1)는 베어링(3, 4)에 의해 지지되고 로우터(5)가 그 위에 장착된 중심 샤프트(2)를 포함한다.
로우터(5)의 회전축인 샤프트(2)의 종축은 X-X'로 도시된다.
축(X-X') 상에 중심 설정된 고정자(8)는 로우터(5) 주위에 반경방향으로 장착되어 권선부(9)를 구비한다. 로우터(5)와 고정자(8) 사이의 갭은 도면부호 e로 표시한다.
단부판(11)은 베어링(3)을 지지하고 고정자(8)의 일체식 부분인 플랜지(12)에 연결된다.
또한, 플랜지(12)는 모터(1)를 냉각하기 위한 공기용 입구 오리피스(18)를 형성하고 베어링(4)을 지지하는 노즐(17) 안으로 나사(16)에 의해 연결된다.
노즐(17)은 그들 사이에 노즐(17)의 내부 체적(V)을 형성하는 외부 케이싱부(20)와 내부 케이싱부(21)를 포함하고, 입구 오리피스(18)는 일부(20)에 형성되고, 베어링(4)은 내부 케이싱부(21)에 고정된다. 격자(22)는 입구 오리피스(18)에 구비되고 오리피스(18)를 통해 노즐(17)에 유입될 수 있는 종이 또는 나뭇잎과 같은 오물을 차단할 수 있다.
반경방향 블레이드가 도면부호 25로 도시된 팬(24)은 격자(22)와 내부 케이싱부(21) 사이에서의 노즐(17) 내에 형성된 공기 입구 챔버(C) 내측에서 샤프트(2)의 일단부(2a)에 장착된다.
부품(11, 12, 21)의 소정의 형상 및 배열은 로우터(5), 샤프트(2)의 일부, 고정자(8)의 내부(8a)를 위한 제한 공간(E)을 내부 케이싱부(21) 및 권선부(9)의 최대 내부 반경(R21)에 대략적으로 상응하는 반경(R)보다 짧은 거리만큼 축(X-X')으로부터 이격되어 형성한다. 따라서, 공간(E)은 부품(5, 8a, 9)으로의 대기 및 특히 먼지를 방지하게 한다.
본 발명에 따라, 오리피스(18)를 통해 노즐(17)로 유입하는 기류(F1)는 각각 기류(F2, F3)로 표시된 것처럼 공간(E)의 내부 및 고정자(8)를 향해 팬(24)에 의해 이동된다.
내부 기류(F2)는 노즐(17)의 내부 케이싱부(21)에 형성된 개구(26)를 통과하고, 이때의 개구는 축(X-X')를 중심으로 분산되어 있다. 공간(E)에 유입되는 기류(F2)는 두 개의 기류(F4, F5)로 분리된다. 기류(F4)는 축(X-X')에 평행한 로우터(5)에 구비된 덕트(27)를 따라 유동하여 로우터(5)가 효과적으로 냉각되게 한다. 기류(F5)는 로우터(5)와 고정자(8) 사이의 갭(e)을 통과하여 상기 고정자에 부딪힌다.
공간(E) 내측에서의 공기의 순환은 공간(E) 내측의 샤프트(2) 상에 장착된 제2 팬(28)과 개구(26)로부터 플랜지(12) 내에 형성된 수 개의 출구 개구(30) 방향으로 공기를 교란시키는 이동을 발생시키는 블레이드(29)에 의해 조력된다. 화살표(F6, F7)는 하류 부분 및 공간(E)의 출구에서의 냉각 기류를 도시하는 데 사용되고, 상기 기류는 기류(F4) 및 기류(F5)의 조합의 결과이다.
이러한 부분에 대한 기류(F3)는 내부(8a)의 고정자(8)의 반경방향 외측에 형성된 덕트(31)를 향해 방향을 취한다. 이러한 덕트(21)는 특히, 고정자가 다각형의 외형을 가질 때 축(X-X') 주위에 균일하게 분산될 수 있거나 또는 소정의 영역에 위치된다. 예로써, 고정자(8)는 8각형 외형을 가지는 반면, 중심부가 원형인 덕트(31)는 고정자의 단면의 4개의 외부 영역에 형성된다. 기류(F3)는 고정자(8)를 냉각시키고 출구 개구(30) 근처의 플랜지(12) 내의 각각의 덕트(31)의 하류단에 구비된 출구 오리피스(32)를 통해 기류(F8)에서 빠져나온다.
기류(F8)를 편향시키는 각각의 오리피스(32) 근처에 리브가 있어서 출구 개구(30) 근처에서 배압이 발생하는 것을 방지한다.
외부 기류(F3)는 노즐(17) 및 내부 기류(F2)가 통과하는 통로의 반경방향 외측인 덕트(31)에 의해 형성된 통로를 따르기 때문에, 비교적 무거우며 팬(17)에 의해 원심 분리되는 불순물에 의해 더 무겁게 적재되지만, 덕트(31)가 공간(E)에 의해 형성된 모터의 내부 체적으로부터 분리되고 그 단면이 유동이 가능하도록 충분히 크기 때문에 그다지 문제는 발생되지 않는다. 또한, 상기 덕트(31)는 기본적으로 직선이고 이는 기류(F3)가 이 유동 내에서 방해되지 않고 불순물이 덕트(31) 내에 적층되는 경향을 덜 갖는 것을 의미한다.
반대로, 기류(F2)는 개구(26)가 외부 기류의 통로 내측으로 불리우는 반경(R)의 영역의 내측 상에 반경방향으로 위치되기 때문에 비교적 깨끗하다. 또한, 개구(26)는 노즐(17)의 적절한 영역에서 기류(F3)에 대략적으로 수직이고, 상기 기류(F3)는 불순물이 기류(F3)의 통로를 따르게 하는 방식으로 주 기류를 구성한다.
따라서, 공간(E)을 통해 순환하는 공기는 공간(E)을 통과하는 기류(F4 내지 F6)의 통로가 비교적 비틀렸을 지라도 비교적 깨끗하고 모터(1)의 회전부를 더럽히지 않거나 또는 갭(e) 또는 권선부(9) 내에 축적되지 않는다.
도2에 도시된 본 발명의 제2 실시예에서, 제1 실시예와 동일한 부품은 동일한 도면 부호로 나타낸다. 본 실시예는 내부 기류용 출구 개구(30)가 덕트(31)로부터 각도를 가지고 오프셋되어 있는 점에서 제1 실시예와 다르다. 따라서, 화살표(F8)에 의해 도시된 바와 같이, 외부 유동이 빠져나오는 출구 오리피스(32)는 유동(F7 내지 F8)이 서로 간섭하지 않는 방식으로 배열된다. 도2에 도시된 것처럼, 오리피스(32)는 출구 개구(30)에 직경방향으로 대향된다.
상기 실시예가 고려한 것이 무엇이든 지간에, 모든 기류(F1)가 모터(1)를 냉각시키는 데 사용되기 때문에 매우 양질의 냉각은 달성된다. 따라서, 팬(1)의 직경은 종래의 장치에 비해 작아져서 상기 팬에 의해 생성되는 소음을 감소시킨다.
불순물이 공간(E)의 외측을 향해 원심 분리된다 것을 고려하면, 격자(22)는 압력 강하를 초래하는 비교적 큰 메쉬 크기를 가질 수 있고 종래 기술의 소정의 모터에 고정되는 여과 부품 상에 규칙적인 보수 유지를 실행할 필요가 없다.
본 발명은 특히 가능한 경우 외부 핀에 의해 중실 가장자리로 강제 끼워맞춤되는 시트 팩으로 구성된 축(X-X')에 대해 일 방향 또는 양 방향으로 회전될 수 있는 모터 프레임 유형의 정밀 유형 팬(24)의 정밀 유형 모터(1)에 각각 적용 가능하고, 상기 모터는 동기식 모터 또는 비동기식 모터일 수 있다.
도시되지 않는 본 발명의 변형 형태에 따라, 플랜지(12)는 고정자(8)가 보다 용이하게 끼워질 수 있도록 수 개의 피스(piece)로 형성될 수 있다.
본 발명은 더러워지거나 오염의 위험성을 최소화하면서 모터를 냉각시키기 위해 사용되는 팬에 의해 모든 공기를 분산시키는 환기 장치를 제공한다.

Claims (10)

  1. 일방향 또는 양방향으로 회전 가능하고 공기 입구 챔버(C) 내에 위치되고 모터를 향해 기류(F1)를 이송하는 원심 팬(24)을 포함하는 레일 차량용 전기 모터(1)용 환기 장치에 있어서,
    상기 팬에 의해 이송된 상기 기류(F1)는 적어도 상기 모터의 로우터(5)를 포함하는 제한 공간(E)의 내부 방향을 취하는 내부 기류(F2)와 모터의 고정자(8)를 냉각시키기 위해 덕트(31)를 향하는 제한 공간(E)의 외부를 향하는 방향을 취하는 외부 기류(F3)로 분리되는 것을 특징으로 하는 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팬(24)은 덕트(31)용 공급 노즐(17) 안으로 공기를 이송하고, 공간(E)으로부터 노즐의 내부 체적을 분리하는 내부 케이싱부(21)는 내부 기류(F2)를 순환시키도록 적어도 하나의 연통 개구(26)로 천공된 것을 특징으로 하는 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치.
  3. 제2항에 있어서, 노즐(17)의 내부 체적(V)과 공간(E) 사이의 연통을 위해 수 개의 연통 개구(26)를 포함하고, 상기 개구는 모터(1)의 중심축(X-X') 주위에 균일하게 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 연통 개구(26)는 외부 기류(F3)용 노즐(17)에 의해 형성된 통로의 내측 상에 방사상으로 형성된 것을 특징으로 하는 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 기류(F2)를 공간(E)에서 제거하기 위한 적어도 하나의 출구 개구(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 출구 개구(30)가 고정자(8)를 냉각시키기 위해 덕트(31)의 마우스(32) 근처에 형성되는 것을 특징으로 하는 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치.
  7. 제6항에 있어서, 개구(30)와 덕트(31)에서 제거되는 기류(F7, F8)를 분리시키는 리브(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 기류(F2)로부터 공간(E)의 내측에 기류(F4, F5, F6)를 생성하거나 이에 조력하도록 설계된 제2 팬(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제한 공간(E)은 로우터(5), 고정자(8)의 내부(8a), 고정자 또는 로우터와 합체된 적어도 하나의 권선부(9), 모터(1)의 중심 샤프트(2) 부분 및 제2 팬(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치를 구비한 레일 차량용 전기 모터.
KR1020000066068A 1999-11-09 2000-11-08 레일 차량용 전기 모터용 환기 장치 및 이를 구비한 레일 차량용 전기 모터 KR100732598B1 (ko)

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