KR100768732B1 - 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터에 관한 것이다. 상기 선형 모터는 일렬로 배치되고 상호 배치 간격이 실질적으로 동일한 홈(14)들이 종방향으로 교차되어 있는 복수 개의 유도자(誘導子) 지지구(15)와, 굴곡형(屈曲形) 권선(16)으로 권취되고 상기 홈들(14) 내에 여러 부분으로 배치되는 적어도 3개의 선형 모터 전선(1, 2, 3)으로 구성되는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터에 관한 것이다. 상기 권선(16)은 일정 거리(A)로 이격(離隔) 배치된 권선 헤드(16.1, 16.2, 16.3)를 구비하고 있다. 본 발명은 상기 적어도 3개의 선형 모터(1, 2, 3)의 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')의 길이(A')가 2개의 인접하는 유도자 지지구(15) 사이의 불연속점(100)에서 연장되게 함으로써 상기 권선을 연속적 및 경제적으로 제조하기 위한 기술적 문제를 해결하고 있다.

Description

자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터 {LINEAR MOTOR FOR A LINEAR DRIVE MECHANISM OF A MAGNET LEVITATION TRANSPORT SYSTEM}

본 발명은 일렬로 배치되어 있고 상호 배치 간격이 동일한 홈들이 각각 종방향으로 교차되어 있는 복수 개의 유도자(誘導子) 지지구와, 일정 거리(A)로 이격(離隔) 배치된 권선 헤드(winding heads)를 구비하고 있는 굴곡형(屈曲形) 권선으로 권취되고 상기 홈 내에 부분적으로 배치되는 적어도 3개의 선형 모터 전선으로 구성되는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터에 관한 것이다.

선형 모터의 3상(三相) 교류 권선은 전자기 이동장(電磁氣移動場)을 생성하고 굴곡형으로 배치되는 3개의 선형 모터 전선을 포함하고 있다. 예를 들면, 선형 모터는 장거리 고속 교통용 자기 부상 운송 시스템을 구동하는 데 이용된다.

선형 모터의 교류 권선의 제조 및 배치는 궤도 위에 놓이는 부설 차량에 의해 달성된다 (독일 공보 DE 3 37 719 A1호).

권선 구간의 길이는 유도자 패키지의 홈/치형(齒形)의 입체 구조에 의하여 정하여지며 궤도 빔의 길이에 걸쳐 거의 일정하다. 그러나, 유도자는 상기 궤도의 전장(全長)에 걸쳐 균일체 또는 균일한 입체 구조로 제조 및(또는) 장착될 수 없고, 더욱이 제작 공차도 발생한다. 나아가, 상기 궤도에는 장애물, 예컨대 내측 궤도 및 외측 궤도간의 길이 차이를 상쇄하기 위한 가교 구조(bridge structure)에서의 맞대기 이음(butt joint) 또는 (온도 변화를 보상하기 위한) 연신율 보상기(補償器)로 인한 단절부(斷絶部)가 있다.

권선의 제조 및 배치에 있어서, 명목 치수로부터의 편차를 고려하는 것이 가능하지만, 이들 편차는 애초부터 정확하게 공지되어 있는 범위 내에서만 고려할 수 있다. 모터 권선의 작용 수명 전체에 걸쳐 열팽창 및 동적 하중 때문에 불연속점에서 발생하는 길이 변화는 종방향의 궤도 방향으로 권선 헤드에 대한 인장 및 압축 하중을 야기한다.

그러한 하중의 잠재적인 영향에 대하여는 다음의 몇 가지 예가 있는데, 그것은 동작 전류의 전도성, 동작 및 파단 전압 강도와 기계적·기하학적 설비 규모의 정확도에 관련된 기능적 안정성에 대한 악영향이다.

약간의 길이 공차는 권선 헤드 또는 권선의 탄성에 의하여 상쇄될 수 있다. 예를 들면, 이것은 최대 길이가 6 m인 지반면 판상(地盤面板狀) 궤도에 의하여 가능하게 된다. 길이가 더 길게 되면, 상기 길이 공차가 가산되고 모터 권선은 균일한 크기로 연속하여 제작될 수 없다. 권선 안내시에는 특별한 조치가 취해져야 한다. 불연속점에서 상기 모터 권선을 신축(伸縮) 루프(expansion loop; DE 198 334 18 A1호 참조)와 함께 배치하여 열 연신 및(또는) 동적 연신을 상쇄하는 것도 역시 착안되어 왔다. 그러나, 이것에는 중대한 결점이 있다. 권선의 생산은 연속적으로 가능하지 않다. 전선 길이의 절단 및 전선 안내자의 조립을 위하여 조립기(組立機)는 불연속점마다에서 정지를 일으키게 된다. 이러한 정지는 재료 [이동장(移動場) 전선, 클램프, 고정 레일 등]의 다량의 소모를 수반하다. 특히, 불연속점마다에서의 상기 조립기의 정지는 극히 장애가 된다.

본 발명의 실시 상태의 일례가 첨부 도면에 도시되어 있다.

도 1은 불연속점이 있는 궤도 아래에서 본 도면을 나타내고,

도 2는 동일한 위치의 측면도를 나타내며,

도 3은 상기 측면도를 통한 단면도를 나타내고,

도 4는 유지봉(retainer bar)의 상세도를 나타낸다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전술한 결점을 제거하고, 연속적이며 저비용의 권선 생산을 가능하게 하는 유도자 지지구 사이의 불연속점에서의 선형 모터 전선용 권선의 형성을 제시하려는 것이다.

전술한 기술적인 과제는 적어도 3개의 선형 모터 전선의 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')의 길이(A')가 2개의 인접한 유도자 지지구 사이의 간격이 증가된 지점을 의미하는 불연속점에서 권선 헤드의 평면 내에 연장되는 방식으로 청구항 1의 특징부를 구비하는 선형 모터에 의하여 해결된다. 또 다른 구성들은 종속항에 기재되어 있다. 본 발명의 요점은 불연속점에서 굴곡형의 권선 헤드가 규칙적인 형상이 아니라 연장된다는 사실에 있다.

본 발명에 의한 불연속점에서의 굴곡부의 형상에 의하면, 권선 헤드의 길이는 종방향의 궤도 방향으로 신장되므로 정적인 길이 편차가 주로 상쇄된다. 더욱이, 2개의 인접한 궤도 빔 사이의 신축 간극의 동적인 길이 변화로 일어나는 인장 및 압축 하중은 연장형 전선 부분에 영향을 미친다. 따라서, 이들 하중은 총체적으로 더 작아지게 되고 권선 헤드의 탄성에 의하여 흡수될 수 있다.

상기 연장형 권선 헤드에 의하여 상기 굴곡부를 처리하는 몇 가지 가능성이 있다. 한 가지 양호한 방법에서는, 적어도 3개의 선형 모터 전선의 연장형 권선 헤드의 길이가 대개는 균등한 정도로 연장된다. 따라서, 불연속점을 연결한 다음, 상기 적어도 3개의 선형 모터 전선을 동일한 위상(位相) 배치로 재배치하는 것이 보장된다.

나아가, 연장형 권선 헤드의 생산을 간단하게 하려면, 상기 연장형 권선 헤드는 상쇄시키려는 불연속점의 길이에 의존하여 미리 정한 간격으로 연장되어야 한다. 이것은 상쇄시키려는 길이 차이가 미리 정한 간격 내에 있는 경우에는, 그 권선 헤드의 길이는 미리 정한 할당량만큼 연장된다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 길이 차이는 권선 헤드에 너무 큰 기계적 응력의 흡수를 요구하는 일이 없이 충분히 보상되고, 한편 연장형 권선 헤드의 생산이 간단하게 되므로, 상기 연장형 권선 헤드의 생산용 장치는 미리 정한 길이 차이에 대해서만 배치되어야 한다.

그 밖에, 상기 유도자 지지구의 일측면에 3상의 인접한 권선 헤드를 공동으로 구성하는 것도 역시 의도된다. 접근 용이성을 위하여, 유도자 지지구의 외측면, 즉 궤도의 내측면이 아닌 측면에 연장형 권선 헤드를 구성하는 것이 제안된다.

따라서, 상기 권선은 어떠한 간섭도 야기하는 일이 없이 전체의 선형 모터부에 걸쳐 연속적으로 제작 및 설치될 수 있다. 동시에 출원된 또 하나의 특허 출원에서는, 측정 장치 자체에 의하여 굴곡형 권선의 생산 중에 홈/치형의 입체 구조를 측정하고, 상기 굴곡형을 상기 측정된 홈/치형의 입체 구조와 정확히 일치하도록 형성하는 것이 제안되어 있다. 본 명세서에 기재되어 있는 본 발명에 따르면, 상기 측정 설비에 의하여 불연속점에 접근하여 측정하고, 상기 "연장된" 굴곡부의 구성을 본 발명에 따라 완전 자동화 방식으로 개별적으로 정교하게 맞추어 정확한 위치에 형성 및 설치하는 것이 용이하게 될 것이다.

본 발명에 상응하는 상기 연장된 권선 헤드들은 이들의 작동 수명 중에 영구적으로 변화하는 하중 (인장 및 압축 하중) 때문에 그들의 형태 안정성을 상실하여 약해지는 수가 있다. 그러므로, 이들 권선 헤드는 자기 부상 수송 차량의 회전자의 간섭(encroachment of the rider)에 의하여 생기는 자유 공간으로부터 돌출하는 수가 있다. 권선 헤드가 상기 자유 공간을 넘어 돌출하면 통과 도중에 자기 부상 차량과 접촉하여 손상을 일으키게 될 것이다.

그러므로, 권선 헤드는 고정되어야 한다. 따라서, 연장형 권선 헤드의 위치를 불연속점에서 고정하려면, 궤도 빔에서 보유 벨트 또는 판과 같은 추가의 고정 요소를 설치하는 것이 제안된다. 그러나, 이들은 비교적 고비용이다.

본 발명의 또 하나의 실시 상태는 불연속점에서 채워지지 않은 홈들을 통합하여 간단하고 저가의 권선 헤드용 홀더(holder)를 추가로 제안하려는 데 있다. 이 목적을 위해서는, 상기 권선 헤드를 고정하거나 상기 권선 헤드가 위에 놓이는 보유 수단을 상기 채워지지 않은 홈 내부에 삽입하는 것이 가능하여야 한다.

이러한 취지에서, 상기 권선에 의하여 채워지지 않은 1개 또는 복수 개의 고정자(固定子; stator) 홈 내에 적어도 1개의 미리 제작된 경질봉(硬質棒; rigid bar)을 고정함으로써, 연장형 권선 헤드가 상기 경질봉 위에 놓이도록 하는 것이 제안된다. 이들 조립 작업은 권선의 생산 후에 즉시 수행될 수 있다.

도 1 및 도 2에는 2개의 유도자 지지구(15) 사이의 맞대기 이음부의 일점 또는 신축 간극의 일점에서의 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 권선 경로가 도시되어 있다. 1개의 신축 간극이 불연속점(100)을 형성한다. 이 불연속점(100)의 상류측 및 하류측에서, 고정자 홈(14)이 굴곡형 권선(16)에 의하여 조밀하게 채워져 있다. 1개의 권선 구간 또는 1개의 권선 헤드(16.1, 16.2, 16.3)의 길이는 A이다.

특히, 도 2에서는 상기 굴곡형 권선의 절곡부(折曲部; crimpings)를 볼 수 있다. 이들 절곡부는 상기 권선 헤드(16.1, 16.2, 16.3)가 서로 교차하기 때문에 필요하게 된다. 권선 헤드(16.1, 16.2, 16.3)를 서로 위에 놓이게 함으로써, 존재하는 공간을 최적 상태로 채우는 것이 가능하다.

불연속점에서, 궤도 외측(참조 부호 11=궤도 중심) 위의 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')는 본 발명에 따라 연장되고, 제시된 측정 설비에 의하여 구간 길이(A')를 수용한다. 이 구간 길이(A')는 구간 길이(A)의 대략 3배에 해당하고, 상기 구간 길이(A)는 홈(14)들의 서로간의 거리의 3배에 해당한다. 구간 길이(A')를 구간 길이(A)의 복수 배로서 구성함으로써, 불연속점(100)에도 불구하고 궤도를 따라 공간 상분포(相分布)가 거의 방해받지 않게 된다. 사실상, 구간 길이(A)의 복수 배가 정확하게 어느 정도인지는 불연속점(100)의 폭에 좌우된다. 그러나, 어떤 경우에나 불연속점(100)의 하류측에 있는 홈(14)을 잘 선택함으로써, 복수 배의 구간 길이(A)로부터의 구간 길이(A')의 편차는 2개의 홈(14) 사이의 거리보다 더 작게 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 1에는 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')가 궤도의 외측에 향하고 있는 유도자 지지구(15)의 측면에 배치되어 있는 것을 보여주고 있다. 이에 의하여, 상기 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')의 접근 용이성이 간편하게 된다. 각 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 연속적인 권선들간의 비교적 큰 간격을 감내(堪耐)하게 된다. 반대로, 예컨대 모든 홈을 권선으로 채우는 것과 연장형 권선 헤드를 유도자 지지구의 한쪽 또는 반대쪽의 어느 쪽으로 연장하는 것도 역시 가능하다. 이 때, 불연속점(100)의 길이에 의하여 권선 헤드를 연장하는 것만이 단순히 요구될 뿐이다. 이 경우, 불연속점(100)의 하류측에서 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 권선(16)을 지금까지 적용된 순서대로 배열시킬 수 있다. 만약 불연속점(100)이 작은 간극만을 나타내는 경우, 상기 선형 모터 전선(1, 2, 3)에 의하여 생성되는 전자기 이동장의 거의 일정한 전환이 이루어진다.

어떤 홈(14)들은 도 1에 있는 불연속점(100) 근처에서 비워진 채로 있기 때문에, 채워지지 않은 홈들 중 적어도 1개는 연장 및 절곡된 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')의 지지 역할을 행하는 소자인 유지봉(40)을 수용할 수 있다.

도 3은 도 2의 배열도를 관통하는 B-B선 단면의 확대도를 나타내고 있다. 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')는 측면의 안내 레일에 의하여 외측(S)에, 그리고 자기 부상 수송 차량의 회전자에 의하여 하측(U)에 형성되는 자유 공간(12) 내에 놓인다. 유도자 외측으로부터 유도자 패키지(15)의 홈(14)들 중 1개의 홈 내부에 삽입되어 있는 것은 하부의 권선 헤드(16.1')를 지지하는 원통형 유지봉(40)이다. 도 3은 2개의 다른 권선 헤드(16.2', 16.3')가 상기 하부의 권선 헤드 위에 놓여 있는 것을 나타내고 있다. 권선 헤드의 기타 어떠한 고정 및 지지 형식도 역시 의도하는 바의 목적 달성을 위하여 실행 가능하다.

상기 유지봉(40)은 에폭시 수지제 부착구로서 마련되며, 고정자 홈(14) 내에 고정된다. 상기 유지봉(40)에는, 그의 단부 및 대략 중심부에, 홈의 길이보다 약간 더 긴 거리에 2개의 칼라(43 및 44)가 설치된다. 이들 2개의 칼라(43, 44) 사이의 간격은 정확하고 안전한 설치 위치를 보장하기 위하여 적절하게 정해진다. 상기 칼라의 폭(49)은 홈(14)의 직경보다 작다. 미끄러져 들어갈 때, 상기 칼라(43, 44)는 하향(홈의 출구측) 위치에 있게 된다. 삽입 후에, 상기 유지봉은 약 180°회전한다. 이 과정 중에, 상기 칼라(43, 44)는 홈의 개구로부터 홈의 바닥(subground) 쪽으로 회전한다. 이들 칼라(43, 44)는 유지봉(40)을 그의 종방향으로 고정한다. 접지선(10)은 유도자의 외측에서 스프링 채널(50) 내에 고정된다. 상기 접지선의 작용과 그 의미는 독일 특허 DE 196 20 222.1 C1호에 상세하게 기재되어 있다.

도 4는 유지봉(40)에 있는 칼라(44)의 세부를 나타내고 있다. 이 칼라(44)의 폭(49)은 상기 유지봉의 직경(45)보다 더 작다. 상기 칼라(44)는 모따기형 (chamfered; 47)으로 되어 있어서, 비틀릴 경우, 탄성 연성(彈性延性) 때문에 스프링 채널(50)의 하류측의 최종 위치에서 맞물리게 되어, 그의 역회전이 방지된다.

Claims (10)

1. 상호 배치 간격이 동일한 홈(14)들이 각각 종방향과 교차하는 방향으로 배치되어 있고 일렬로 배치된 복수 개의 유도자(誘導子) 지지구(15)와, 일정 거리(A)로 이격(離隔) 배치된 권선 헤드(16.1, 16.2, 16.3)를 갖고 있는 굴곡형(屈曲形) 권선(16)으로 권취되고 상기 홈(14)들 내에 부분적으로 배치되는 적어도 3개의 선형 모터 전선(1, 2, 3)으로 구성되는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터에 있어서,

   상기 적어도 3개의 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')의 길이(A')는 2개의 인접한 상기 유도자 지지구(15) 사이의 간격이 증가된 지점을 의미하는 불연속점(100)에서, 권선 헤드의 평면 내에서 연장되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 3개의 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')의 길이(A')는 동일한 양으로 연장되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 3개의 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')의 길이(A')는 상쇄시키고자 하는 불연속점(100)의 길이에 따라 미리 정한 간격으로 연장되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 3개의 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')의 길이(A')는 상기 일정 거리(A)의 복수 배에 해당하는 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.
5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 3개의 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')는 유도자 지지구(15)의 동일한 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.
6. 제5항에 있어서, 상기 적어도 3개의 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')는 궤도의 외측을 향하는 유도자 지지구(15)의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.
7. 제5항에 있어서, 상기 적어도 3개의 선형 모터 전선(1, 2, 3)의 연장형 권선 헤드(16.1', 16.2', 16.3')의 유지 요소(40)는 권선(16)이 채워지지 않은 유도자 지지구(15)의 적어도 한 개의 홈(14) 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.
8. 제7항에 있어서, 상기 유지 요소(40)는 고정되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 유지 요소는 원통형 유지봉(40)인 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 유지 요소(40)는 비금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 운송 시스템의 선형 구동 장치용 선형 모터.