KR100944690B1

KR100944690B1 - 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100944690B1
Application number: KR1020070127012A
Authority: KR
Inventors: 박찬배; 이형우; 권삼영; 이병송; 박현준; 박영; 이기원; 조용현; 한경희
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2010-02-26
Also published as: KR20090059918A

Abstract

본 발명은 철도차량에 응용되는 리니어 추진시스템의 지상 2차측 고정자의 코어와 도체판을 일체형으로 제작하도록 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치는, 철도차량에서 리니어 추진을 위한 선형유도전동기가 차상 1차측 이동자의 쇄교자속의 경로가 되는 2차측 코어와, 이동자계에 의해 형성된 유기전류의 경로가 되는 2차측 도체판으로 이루어진, 2차측 고정자를 포함하고 있는 차량용 리니어 추진시스템에 있어서, 상기 2차측 코어는 상부에 다수개의 슬롯이 형성된 내부코어와 상기 내부코어의 양측면에 설치되는 외부코어로 이루어지고, 상기 슬롯을 포함하는 코어 상부에는 알루미늄이 다이캐스팅 되어 2차측 도체판이 형성됨으로써, 코어와 도체판이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

리니어추진시스템, 선형유도전동기, 고정자, 코어, 슬롯

Description

철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치 및 그 제조방법{SECONDARY STRUCTURE OF LINEAR PROPULSION SYSTEM FOR RAILWAY TRANSIT AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 철도차량에 응용되는 리니어 추진시스템의 지상 2차측 고정자 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상 2차측 고정자의 코어와 도체판을 일체형으로 제작하도록 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기부상열차와 같이 리니어추진시스템을 이용한 철도차량은 바퀴 없이 주행하는 열차이므로, 기존 바퀴식 열차에 사용되는 회전형 전동기를 사용하지 않고 선형전동기를 사용한다.

즉, 선형전동기는 전동기의 선형운동을 위해 일반 회전형전동기를 축방향으로 잘라서 평면적으로 펼쳐놓은 구조로써, 직선운동을 필요로 하는 시스템에서 기계적 변환 기구를 사용하지 않고 직접 직선운동을 할 수 있으므로 자동화기기, 교통수단, 산업용기기 등에 많은 수요를 창출할 수 있는 전동기이다.

이러한 선형전동기는 직선형의 구동력을 바로 발생시키므로 구조가 간단하며 에너지 손실이나 소음이 발생하지 않는 장점이 있다. 선형유도전동기의 원리는 외측의 이동자 권선에 교류 전류를 흘리면 N극과 S극이 교번하여 이동자계를 발생시키고, 이 이동자기장이 2차측 도체에 유도전압을 유기시켜서 1차측과 2차측의 상호 작용에 의하여 추진력을 얻는 방식이다.

도 1은 종래 철도차량용 추진시스템의 2차측 고정자 장치를 나타내는 도면으로서, 첨부도면에서 보는 바와 같이, 일반적으로 철도차량용 추진시스템에 이용되는 선형유도전동기의 2차측 고정자(20)는 지상에 설치되는데, 2차측 고정자(20)는 1차측 이동자(10)에서 발생한 자속이 공극을 지나 2차측에 쇄교될 때 자속의 원활한 흐름을 위한 경로가 되는 2차측 코어(22)와 쇄교자속에 의해 생성된 유기전류가 원활히 흐를 수 있는 2차측 도체판(24)으로 구성된다.

이러한 지상 2차측 고정자(20)는 자성체인 철로 구성되는 평판형의 2차측 코어(22) 위에 요구되는 성능에 따라 얇은 구리나 알루미늄을 2차측 도체판(24)으로써 덮는 방식으로 제작되며, 2차측 코어(22)와 2차측 도체판(24)은 볼트나 리벳 또는 접착제 등으로 접합한다.

그런데 이와 같은 종래기술의 경우, 철도차량용 리니어 추진시스템에 이용되는 선형유도전동기의 지상 2차측 고정자(20) 건설 시 2차측 코어(22)를 먼저 설치한 후 2차측 코어(22)를 덮는 2차측 도체판(24)을 설치해야 한다. 그리고 2차측 코어(22)와 2차측 도체판(24)의 기계적 접합을 위해서 볼프나 리벳 또는 접착제 등을 사용해야 한다.

상기 종래의 방법에 의한 지상 2차측 고정자 건설법은 시공이 어렵고, 편평도 유지가 어려운 단점이 있다.

또한 선형유도전동기의 특성상 운행중에 차상의 1차측 이동자와 지상의 2차측 고정자 사이에 강한 흡인력이 작용하여 판형인 2차측 도체판이 코어로부터 들뜨는 현상이 발생하게 되며, 이로 인해 선형유도전동기의 공극이 불균일해지는 문제가 발생하게 된다.

상기와 같은 문제가 발생 시, 종래의 기술은 지상 2차측 고정자의 유지보수에 어려움이 존재하며, 또한 유기전류가 흐르는 2차측의 도체가 판 형태이므로 고추력 발생에 불리한 구조를 가지고 있다.

본 발명은 상기한 제반 사정을 감안하여 발명한 것으로, 철도차량용 리니어 추진시스템으로 이용되는 선형유도전동기에 있어서, 슬롯을 가진 2차측 코어에 알루미늄 다이케스팅 된 2차측 도체로 구성된 일체형 지상 2차측 고정자를 적용함으로써, 레일 건설 및 유지보수를 용이하게 하며, 높은 추력 및 효율을 증대시키는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치 및 그 제조방법을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치는,

철도차량에서 리니어 추진을 위한 선형유도전동기가 차상 1차측 이동자의 쇄교자속의 경로가 되는 2차측 코어와, 이동자계에 의해 형성된 유기전류의 경로가 되는 2차측 도체판으로 이루어진, 2차측 고정자를 포함하고 있는 차량용 리니어 추진시스템에 있어서,

상기 2차측 코어는 상부에 다수개의 슬롯이 형성된 내부코어와 상기 내부코어의 양측면에 설치되는 외부코어로 이루어지고, 상기 슬롯을 포함하는 코어 상부에는 알루미늄이 다이캐스팅 되어 2차측 도체판이 형성됨으로써, 코어와 도체판이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 제조방법은, 자성체 재질로 횡방향으로 일정하게 다수의 슬롯이 형성되는 내부코어를 형성하는 단계, 상기 내부코어의 길이방향 양측에 외부 지지형 코어를 고정하는 단계, 상기 외부 지지형 코어가 결합된 내부코어를 상하 주조용 틀에 넣는 단계, 상기 상측 주조용 틀에 형성된 주입구를 통해 용융상태의 비철금속을 주입하여 상기 슬롯 및 외부 지지형 코어의 상측에 도체를 형성하는 단계, 상하 주조용 틀을 분리하여 도체가 일체로 형성된 고정자를 형성하는 단계를 포함하여 이루어져 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은, 일정길이의 2차측 코어 상부에 형성된 다수개의 슬롯에 알루미늄을 다이케스팅 하여 2차측 도체를 구성하여 2차측 도체판과 2차 측 코어를 동시에 구비한 일체형 2차측 지상고정자를 제작함으로써, 1. 2차측 지상고정자를 포함한 레일 건설이 용이해지고, 사용 중 문제발생 시 문제 발생부분의 블록화 된 일체형 2차측 지상 고정자 교체만으로 수리가 가능하여 우수한 유지보수성을 가지게 된다. 또한 선형유도전동기의 2차측 도체부분이 매입형 타입이기에, 추력 및 효율이 우수하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예의 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 2차측 코어의 분리사시도를 나타낸 것이고 도 3은 본 발명에 따른 2차측 코어의 결합사시도를 나타낸 것으로, 첨부도면에서 보는 바와 같이, 2차측 코어(32)는 횡방향으로 다수의 슬롯(321)을 가진 내부 코어(322)와 상기 내부 코어(322)의 양측면에 위치하는 외부지지형 코어(323)로 구성된다.

특히, 내부 코어(322)와 외부지지형 코어(323)는 자속이 잘 통과될 수 있는 재질로 형성됨이 바람직하며, 예컨대 철과 같은 자성체 재질로 형성될 수 있다. 그리고 내부 코어(322)는 와전류손을 줄이기 위해 다수의 철편을 적층시켜 사용함이 바람직하며, 외부지지형 코어(323)는 예컨대 철과 같은 자성체 재질로 형성될 수 있으며, 적층형 또는 일체형으로 제작하여 사용할 수 있다.

상기 내부 코어(322)와 외부지지형 코어(323)는 볼트 등으로 체결될 수 있다.

한편, 후술되는 바와 같이 외부 지지형 코어(323)의 상부와 슬롯(321)에 2차측 도체(34)가 안착된다.

도 4는 본 발명에 따른 내부 코어의 서로 다른 실시예에 대한 종단면도를 각각 나타낸다.

첨부도면에 도시된 바와 같이, 도 4의 (a)에서 슬롯(321)의 형상은 윗변이 짧고 밑변이 긴 사다리꼴 형상으로 이루어져 있고, 도 4의 (b)에서 슬롯(321)의 형상은 상단 일부가 잘린 원 형상으로 이루어져 있으며, 도 4의 (c)에서 슬롯(321)의 형상은 상단 일부가 잘린 마름모꼴 형상으로 이루어져, 각각의 슬롯(321)에 2차측 도체(34)가 안착되어 있다.

도 4의 (a) 내지 (c)에서 보는 바와 같이 슬롯(321)의 형상은 공통적으로 상면으로 노출되는 입구가 좁고 깊이방향으로 내려갈수록 폭이 넓어지는 형상으로 이루어져 있다. 이는 선형유도전동기의 운전 중에 차상의 1차측 이동자(10)와 지상의 2차측 고정자(30) 사이에 강한 흡인력이 작용하여 외부 지지형 코어(323)의 상부와 슬롯(321)에 안착되어 있는 2차측 도체(34)가 2차측 코어(32)로부터 들뜨거나 이탈되는 현상을 막기 위함이다.

이와 같이 구성된 상기 2차측 고정자는 제작, 운반, 설치, 사후관리 등을 고려하여 적정한 길이로 설정된 블록단위로 구성함이 바람직하며, 이에 따라 블록단위의 2차측 고정자를 전체 주행선로를 따라 길이방향으로 복수개 연결하여 전체 2차측 고정자를 구성할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 2차측 고정자의 제작방법을 설명하는 공정도이다.

도 5에서 보는 바와 같이, 내부 코어(322)와 외부 지지형 코어(323)를 결합한 후 상하 한쌍의 주조용 틀(40)(42)에 넣고 주입구(422)를 통해 용융상태의 구리나 알루미늄과 같은 전도성 비철금속을 부어서 2차측 도체(34)를 형성한다. 2차측 도체(34)의 상부 면과 내부 코어(322)의 상부면은 일치되도록 한다. 이후 상하 한쌍의 주조용 틀(40)(42)을 제거하여 2차측 고정자(30)를 완성한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 사용상태도를 도시한 것으로, 도 6은 블록단위의 2차측 고정자를 다수 연결함을 나타내고, 도 7은 본 발명에 따른 2차측 고정자를 레일 내측에 설치함을 나타낸다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 2차측 고정자(30)는 일정길이의 블록단위로 제작하고, 이러한 블록단위의 2차측 고정자(30)를 레일(50)의 내측에 복수개 연이어 설치한다. 도면에는 도시되어 있지 않으나 2차측 고정자(30)는 예컨대 2차측 고정자(30)의 측면에 별도의 고정용 브라켓을 볼트 등을 이용하여 설치하고 이를 레일(50)이 설치되는 침목상에 볼트 등의 체결수단을 이용하여 고정할 수 있다.

도 1은 종래 철도차량용 추진시스템의 2차측 고정자 장치를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 2차측 코어의 분리사시도,

도 3은 본 발명에 따른 2차측 코어의 결합사시도,

도 4는 본 발명에 따른 내부 코어의 서로 다른 실시예들의 종단면도,

도 5는 본 발명에 따른 2차측 고정자의 제작방법을 설명하는 공정도,

도 6은 본 발명에 따른 블록단위의 2차측 고정자의 연결상태도,

도 7은 본 발명에 따른 2차측 고정자의 설치상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 -- 1차측 이동자, 20 -- 2차측 고정자,

22 -- 2차측 코어 24 -- 2차측 도체판,

32 -- 2차측 코어, 322 -- 내부 코어,

323 -- 외부지지형 코어, 321 -- 슬롯,

34 -- 2차측 도체, 30 -- 2차측 고정자,

40,42 -- 상하 주조용 틀, 422 -- 주입구,

50 -- 레일.

Claims

철도차량에서 리니어 추진을 위한 선형유도전동기가 차상 1차측 이동자의 쇄교자속의 경로가 되는 2차측 코어와, 이동자계에 의해 형성된 유기전류의 경로가 되는 2차측 도체판으로 이루어진 2차측 고정자를 포함하고 있는 차량용 리니어 추진시스템에 있어서,

상기 2차측 코어는 상부에 다수개의 슬롯이 횡방향으로 형성된 내부코어와 상기 내부코어의 양측면에 설치되는 외부코어로 이루어지고, 상기 코어의 슬롯에는 알루미늄이 다이캐스팅 되어 2차측 도체판이 형성됨으로써, 코어와 도체판이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치.
제1항에 있어서, 상기 외부 지지형 코어의 상부면은 내부코어의 하부면보다 높지 않게 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치.
제2항에 있어서, 상기 외부코어의 상측에도 2차측 도체판이 다이캐스팅 되어 형성됨을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차측 도체판의 상부면은 내부코어의 상부면과 동일 평면의 높이까지 형성됨을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치.
제4항에 있어서, 상기 2차측 도체판은 구리 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치.
제1항에 있어서, 상기 내부 코어와 외부 지지형 코어는 자속이 잘 통과될 수 있는 철과 같은 자성체 재질로 형성됨을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치.
제1항에 있어서, 상기 슬롯은 상협하광의 형상으로 형성됨을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치.
제6항에 있어서, 상기 슬롯은 상측 일부가 절단된 원형 또는 마름모 형상으로 형성됨을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치.
제1항에 있어서, 상기 2차측 고정자는, 2차측 코어가 상부에 다수개의 슬롯이 횡방향으로 형성된 내부코어와 상기 내부코어의 양측면에 설치되는 외부코어로 이루어지고, 상기 2차측 코어의 슬롯에는 다이캐스팅에 의해 알루미늄이 2차측 도체판으로 형성되어 코어와 도체판이 일체로 형성된 2차측 고정자 블록을 길이방향으로 복수개를 연결하여 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자 장치.
자성체 재질로 횡방향으로 일정하게 다수의 슬롯이 형성되는 내부코어를 형성하는 단계,

상기 내부코어의 길이방향 양측에 외부 지지형 코어를 고정하는 단계,

상기 외부 지지형 코어가 결합된 내부코어를 상하 주조용 틀에 넣는 단계,

상기 상측 주조용 틀에 형성된 주입구를 통해 용융상태의 비철금속을 주입하여 상기 슬롯 및 외부 지지형 코어의 상측에 도체를 형성하는 단계,

상하 주조용 틀을 분리하여 도체가 일체로 형성된 고정자를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 도체는 내부코어의 상면과 동일평면을 형성하도록 함을 특징으로 하는 철도차량용 리니어 추진시스템의 일체형 지상 2차측 고정자의 제조방법.