KR101179862B1 - 열팽창에 의한 공극 틀림 발생을 방지하기 위한 리액션 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트에 관한 것으로서, 1차측 고정자의 이동자기장에 의해 그 상부면에 와전류가 형성되는 2차측 리액션 플레이트와 이를 지지하는 지지판을 포함하여 구성되는 선형 유도 전동의기 리액션 플레이트에 있어서, 상기 2차측 리액션 플레이트는 상기 지지판 표면에 궤도의 폭 방향으로 두 개 이상으로 분할된 모양으로 형성되어 상기 지지판과 체결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트에 의하면, 공극을 일정하게 유지할 수 있도록 리액션 플레이트를 허용 공차 내로 시공하기가 쉬워지고, 제작 비용 및 설치 경비를 줄일 수 있으며, 온도변화시 리액션 플레이트와 지지판(back-iron)의 열팽창률 차이에 의해 리액션 플레이트의 중앙부가 돌출되어 레일의 폭 방향으로 공극(air gap)의 수평 틀림이 더욱 커지는 것을 방지하여, 차량 추진 시스템의 안정된 승차감 및 효율을 떨어뜨리고 주행중 리액션 플레이트가 고정자와 접촉하여 고정자와 리액션 플레이트가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 온도 변화에 따른 구조적 내구성이 증가하여 유지보수가 쉬워지는 이점이 있다.

Description

열팽창에 의한 공극 틀림 발생을 방지하기 위한 리액션 플레이트{Reaction Plate for preventing air gap irregularity by thermal expansion}

본 발명은 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래에 얇은 판 모양으로 형성되던 리액션 플레이트 대신에 지지판(back-iron) 표면에 궤도의 폭 방향으로 두 개 이상으로 분할된 모양으로 형성되어 상기 지지판과 체결되는 리액션 플레이트를 사용하여, 공극을 일정하게 유지할 수 있도록 리액션 플레이트를 허용 공차 내로 시공하기가 쉬워지고, 제작 비용 및 설치 경비를 줄일 수 있으며, 온도변화시 리액션 플레이트와 지지판(back-iron)의 열팽창률 차이에 의해 리액션 플레이트의 중앙부가 돌출되어 레일의 폭 방향으로 공극(air gap)의 수평 틀림이 더욱 커지는 것을 방지하여, 차량 추진 시스템의 안정된 승차감 및 효율을 떨어뜨리고 주행중 리액션 플레이트가 고정자와 접촉하여 고정자와 리액션 플레이트가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 온도 변화에 따른 구조적 내구성이 증가하여 유지보수가 쉬워지는 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트에 관한 것이다.

회전형 전동기를 이용하여 기계적인 추진력을 기어와 바퀴로 전달하여 레일 위를 달리는 기존의 철도 시스템에서 발생하는 여러 가지 문제점들을 개선하기 위하여 동력변환장치 없이 직선 추진력을 직접 얻을 수 있는 선형전동기(Linear Motor)를 이용한 철도응용 분야에 관심을 두고 지속적인 연구 및 상용화가 진행되고 있다. 선형 전동기에는 초고속 자기부상열차에 사용하는 선형 동기 전동기(Linear Synchronous Motor, LSM)와 상전도 흡인식에서 사용하는 선형 유도 전동기(Linear Induction Motor, LIM)가 있다.

LSM은 회전형 동기 전동기의 고정자(Stator)에 해당하는 코일부분을 지상에 설치하고 회전자에 해당하는 자석부분을 차량 측에 설치하는 구조로서(지상 1차식), Long Stator 방식이라고도 한다. 이러한 LSM은 차량 추진을 위한 제어장치가 지상에 설치되므로 차량의 소형화, 경량화에 유리하며, LIM에 비하여 구조 및 제어장치가 복잡하고 제어가 어려우며 고가이지만 단부효과(ending effect)가 없어 에너지 효율이 좋고 추진력이 높아 고속형 시스템에 주로 적용된다.

LIM은 회전형 유도 전동기의 고정자(Stator)에 해당하는 코일부분을 차량 측에 설치하고 회전자에 해당하는 비자성 도체판(reaction plate)을 레일을 따라 설치하는 구조로서(차상 1차식), Long Stator 방식이라고도 한다. 이는 지상 1차식 으로도 구성 가능하지만 레일을 따라 코일을 설치하는 것보다는 알루미늄과 같은 도체판을 설치하는 것이 더 저렴하므로 차상 1차식이 일반적이며, 구조가 간단하고 저렴하여 300km/h 이하의 중저속형에 주로 사용된다.

도 1은 종래의 선형 유도 전동기를 이용한 철도차량용 추진시스템의 전면도이다. 선형 유도 전동기는, 철심과 권선으로 이루어져 이동자기장을 발생시키는 1차측 고정자(40)가, 이동하는 철도차량(10)의 대차(20)의 저면에 림?대차 고정부(30)를 매개로 고정되어 설치되고, 알루미늄이나 동판으로 이루어진 리액션 플레이트(60)는 차륜(50)과 접촉되는 평행한 레일(80) 사이에 설치되며, 지면에 고정된 지지판(70, back-iron)에 의해 지지되어 고정된다.

선형 유도 전동기는 1차측 고정자(40)에 교류전류를 인가하면 N극과 S극이 교번하여 이동자기장(moving magnetic field)을 발생시키고, 이러한 이동자기장은 2차측 리액션 플레이트(60)에 소용돌이 전류(eddy current, 이하 '와전류'라 한다)를 발생시키게 된다. 상기 이동자기장과 리액션 플레이트(60) 표면에 발생된 와전류(渦電流)의 상호작용에 의하여 상기 1차측 고정자(40)와 상기 2차측 리액션 플레이트(60) 사이에 추력이 발생한다.

일반적으로 철도차량용 추진시스템에 사용되는 선형 유도 전동기는 이동시의 충격 및 진동을 고려하여 고정자(40)와 리액션 플레이트(60) 사이의 공극(air gap)의 크기를 9 ~ 15mm 정도로 유지하고 있다.

그러나, 리액션 플레이트(60)의 시공시에 시공 공차가 발생하여 상기 리액션 플레이트(60)에 표면 굴곡이 존재하게 되는바 고정자(40)와 리액션 플레이트(60) 사이의 공극의 크기는 일정한 값이 아니라 시공의 정밀도에 따라 변화하게 된다. LIM 시스템의 시공시 리액션 플레이트(60)는 공차범위를 5m당 ±2mm 의 허용 공차로 시공하지만 실제로는 이보다 커질 수 있기 때문에, 공극을 일정하게 유지하는 데에는 많은 어려움이 따른다.

차량 주행 중 리액션 플레이트(60)의 시공 공차에 의해 발생 되는 고정자(40)와의 공극의 변화에 따른 자화 인덕턴스 값의 변화는 추진 시스템의 안정된 승차감과 효율을 떨어뜨리는 결과를 초래하고, 심한 경우, 리액션 플레이트(60)가 고정자(40)와 접촉하여 고정자(40)와 리액션 플레이트(60)가 손상될 염려가 있으며,

특히, 고온 환경이나 주행중 리액션 플레이트(60)에 유도된 와전류에 의해 발생하는 주울열(Joule heat) 및 고정자(40)의 권선에서 발생하여 전달되는 주울열에 의해 온도가 상승할 때 리액션 플레이트(60)와 지지판(70)의 열팽창률 차이에 의해 리액션 플레이트(60)의 중앙부가 돌출되어 레일의 폭 방향으로 공극(air gap)의 수평 틀림이 더욱 커지는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출돤 것으로서, 종래에 얇은 판 모양으로 형성되던 리액션 플레이트 대신에 궤도의 폭 방향으로 두 개 이상으로 분할된 리액션 플레이트를 사용함으로써, 공극을 일정하게 유지할 수 있도록 리액션 플레이트를 허용 공차 내로 시공하기가 쉬워지고, 제작 비용 및 설치 경비를 줄일 수 있으며, 온도변화시 리액션 플레이트와 지지판(back-iron)의 열팽창률 차이에 의해 리액션 플레이트의 중앙부가 돌출되어 레일의 폭 방향으로 공극(air gap)의 수평 틀림이 더욱 커지는 것을 방지하여, 차량 추진 시스템의 안정된 승차감 및 효율을 떨어뜨리고 주행중 리액션 플레이트가 고정자와 접촉하여 고정자와 리액션 플레이트가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 온도 변화에 따른 구조적 내구성이 증가하여 유지보수가 쉬워지는 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 1차측 고정자의 이동자기장에 의해 그 상부면에 와전류가 형성되는 2차측 리액션 플레이트와 이를 지지하는 지지판을 포함하여 구성되는 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트에 있어서, 상기 2차측 리액션 플레이트는 상기 지지판 표면에 궤도의 폭 방향으로 두 개 이상으로 분할된 모양으로 형성되어 상기 지지판과 체결되는 것을 특징으로 하는 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트를 제공한다.

또한, 상기 2차측 리액션 플레이트는 전기 저항이 낮은 알루미늄 또는 구리로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의한 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트에 의하면, 공극을 일정하게 유지할 수 있도록 리액션 플레이트를 허용 공차 내로 시공하기가 쉬워지고, 제작 비용 및 설치 경비를 줄일 수 있으며, 온도변화시 리액션 플레이트와 지지판(back-iron)의 열팽창률 차이에 의해 리액션 플레이트의 중앙부가 돌출되어 레일의 폭 방향으로 공극(air gap)의 수평 틀림이 더욱 커지는 것을 방지하여, 차량 추진 시스템의 안정된 승차감 및 효율을 떨어뜨리고 주행중 리액션 플레이트가 고정자와 접촉하여 고정자와 리액션 플레이트가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 온도 변화에 따른 구조적 내구성이 증가하여 유지보수가 쉬워지는 이점이 있다.

도 1은 종래의 선형 유도 전동기를 이용한 철도차량용 추진시스템의 전면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트를 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트를 보여주는 사시도이다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 구성 및 작용효과를 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트를 보여주는 사시도이며, 도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트를 보여주는 사시도이다.

본 발명의 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트(60)는 지지판(70) 표면에 궤도의 폭 방향으로 두 개 이상으로 분할된 모양으로 형성되어 상기 지지판(70)과 체결되는 것으로서, 상기 리액션 플레이트(60)는 상기 지지판(70)의 좌?우단으로 각각 돌출되도록 상기 지지판(70)에 체결되며, 그 체결 수단으로는 상기 지지판(70)의 좌?우단과 상기 리액션 플레이트(60)의 일측단에 접시머리형 볼트로 체결되거나, 상기 리액션 플레이트(60)의 표면 중심부에 접시머리형 볼트로 체결되거나, 상기 리액션 플레이트(60)의 밑면에 도브테일형의 단면을 갖는 돌출부를 형성하고 상기 지지판(70)에 상기 돌출부에 대응하는 요홈부를 형성하여 상호 끼워맞춤 형식으로 결합 되도록 구성될 수 있다.

상기 리액션 플레이트(60)는 전기저항이 낮은 알루미늄이나 구리로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 전기 저항이 낮은 금속을 사용함으로써 주울열을 줄일 수 있기 때문이다.

이러한 구성에 의하여 제작 비용 및 설치 경비를 줄일 수 있고, 고온 환경이나 주행중 리액션 플레이트(60)에 유도된 와전류에 의해 발생하는 주울열(Joule heat) 및 고정자(40)의 권선에서 발생하여 전달되는 주울열에 의해 온도가 상승할 때 리액션 플레이트(60)와 지지판(70)의 열팽창률 차이에 의해 리액션 플레이트(60)의 중앙부가 돌출되어 레일의 폭 방향으로 공극(air gap)의 수평 틀림이 더욱 커지는 것이 방지될 수 있다.

10 : 철도차량 20 : 대차
30 : 림?대차 고정부 40 : 1차측 고정자
50 : 차륜 60 : 리액션 플레이트
70 : 지지판(back-iron) 80 : 레일
90 : 지면

Claims (2)

1차측 고정자의 이동자기장에 의해 그 상부면에 와전류가 형성되는 2차측 리액션 플레이트와 이를 지지하는 지지판을 포함하여 구성되는 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트에 있어서,
상기 2차측 리액션 플레이트는 상기 지지판 표면에 궤도의 폭 방향으로 두 개 이상으로 분할된 모양으로 형성되어 상기 지지판과 체결되는 것을 특징으로 하는 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트.

제 1항에 있어서, 상기 2차측 리액션 플레이트는 전기 저항이 낮은 알루미늄 또는 구리로 이루어진 것을 특징으로 하는 선형 유도 전동기의 리액션 플레이트.

Images