KR101623577B1 - 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차에 있어서, 상기 견인전동기는 회전자(100)의 외부를 감싸고, 상기 회전자(100)의 자력과 상호작용하여 전체적으로 상기 견인전동기에 토크를 전달하도록 설치되는 고정자(200); 영구자석(120)이 끼워질 수 있는 자석공(111)이 외주면을 따라 내부에 소정 깊이로 형성된 환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장으로 형성된 복수의 로터코어(110)가 차례로 맞붙여 고정 형성되어 차축(10)과 결합되는 회전자(100); 상기 고정자(200)와 회전자(100)를 감싸고, 외주면에 방열판이 구비되고, 자성체인 탄소분말을 포함하는 합성수지(Resin)가 도포한 후 가열 또는 자외선조사를 통하여 외곽 전체가 씌워지는 프레임(400); 프레임(400)의 양단에서 결합되는 하우징(300);을 포함하여 구성되고, 상기 견인전동기의 회전 토크는 차륜과 함께 회전되도록 결합되는 커플링을 통해 차축 및 차륜에 전달되는 것을 특징으로 하는 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차를 제공한다.
프레임의 구조와 하우징과의 안정된 결합 형태 구조 및 경량화는 안전사고 방지 및 견인전동기의 냉각 특성에서 매우 중요하고, 이와 관련되어 견인전동기의 하우징의 재료를 탄소섬유로 구성하여 견인전동기 전체의 중량을 감소시키고 또한 응답속도가 개선되는 효과가 있다.

Description

탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차{A railway vehicles truck equipped with direct drive motor with carbon fiber fabric frame}

본 발명은 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차 관한 것으로, 구체적으로는 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용하여 프레임에 도포함으로서 소음 저감 및 누설 자속을 최소화하도록 구성된 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차에 관한 것이다.

일반적으로 전동차용 대차는 동력전달장치를 통해 바퀴의 구동축을 구동시키는 간접구동 방식의 견인전동기를 구비한 대차와, 바퀴의 구동축에 결합하여 구동축을 직접 구동시키는 직결구동 방식의 견인전동기를 구비한 대차로 분류된다.

이 경우, 직결구동 방식의 견인전동기를 구비한 대차는, 도 1에 도시된 바와 같이 견인전동기는 대차에 고정되고, 고정자와, 영구자석을 포함하고 차축과 결합되는 회전자와, 고정자와 회전자를 감사는 프레임과, 프레임의 양단에서 결합되는 하우징으로 구성된다. 상기 대차는 상기 직결구동 견인전동기, 직결구동 견인전동기의 회전자의 중심축인 샤프트와 일체화된 차축, 차축과 결합되는 차륜, 직결구동 견인전동기의 회전을 차축 및 차륜에 전달할 뿐만 아니라 레일로부터의 전달되는 진동을 저감시키는 커플링 및 베어링 등으로 구성된다. 그리고 상기 직결구동 견인전동기는 회전자의 외주면에 영구 자석을 매설하고, 고정자의 내주면에 코일을 배치한 구조이다.

이러한 전동차용 대차에 설치되는 직결구동방식 견인전동기는 견인전동기의 회전속도를 변속하여 차축에 전달하는 기어가 없고, 직접 구동하기 때문에 전동기를 차축에 일체화시킴으로써 감속장치가 필요 없어 감속기의 손실과 소음저감 등의 장점을 가지고 있지만, 이를 구성하는 직결구동방식의 견인전동기의 회전력(Torque)은 기존 유도전동기의 7배 정도가 필요하며 따라서 회전자의 구조상 축(Shaft)에 걸리는 토오크는 다른 여타 전동기 보다 크다.

따라서 높은 토오크의 압력을 견디고 저진동, 저소음인 것을 추가로 요하고 있다. 또한 고속 회전으로 인한 발열 및 고정자의 권선에서 발생하는 발열을 효율적으로 제거 할 수 있어야 한다. 이 경우 상기한 요구조건을 만족하기 위한 재료 및 구조의 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명된 것으로, 전동차용 대차에 고정되는 직결구동방식 견인전동기의 프레임에 탄소분말을 포함한 합성수지를 이용하여 접착하므로 영구자석의 누설 자속을 방지하고, 자로(flux path) 형태에 영향을 미치지 않으면서도 최적의 토크를 발생하기 위한 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차에 있어서, 상기 견인전동기는 상기 회전자(100)의 외부를 감싸고, 상기 회전자(100)의 자력과 상호작용하여 전체적으로 상기 견인전동기에 토크를 전달하도록 설치되는 고정자(200); 영구자석(120)이 끼워질 수 있는 자석공(111)이 외주면을 따라 내부에 소정 깊이로 형성된 환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장으로 형성된 복수의 로터코어(110)가 차례로 맞붙여 고정 형성되어 차축(10)과 결합되는 회전자(100); 상기 고정자(200)와 회전자(100)를 감싸고, 외주면에 방열판이 구비되고, 자성체인 탄소분말을 포함하는 합성수지(Resin)가 도포한 후 가열 또는 자외선조사를 통하여 외곽 전체가 씌워지는 프레임(400); 프레임(400)의 양단에서 결합되는 하우징(300);을 포함하여 구성되고, 상기 견인전동기의 회전 토크는 차륜과 함께 회전되도록 결합되는 커플링을 통해 차축 및 차륜에 전달되는 것을 한다.

또한 상기 합성수지는 상기 영구자석의 누설 자속의 방지를 위해 자성체인 탄소분말을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차에 의하면, 프레임의 구조와 하우징과의 안정된 결합 형태 구조 및 경량화는 안전사고 방지 및 견인전동기의 냉각 특성에서 매우 중요하고, 이와 관련되어 견인전동기의 하우징의 재료를 탄소섬유로 구성하여 견인전동기 전체의 중량을 감소시키고 또한 응답속도가 개선되는 효과가 있다.

도 1은 전동차용 직결구동방식 견인전동기의 개략도.
도 2는 직결구동방식 견인전동기의 회전자의 단면사시도.
도 3은 직결구동방식 견인전동기의 회전자의 분해 사시도
도 4는 직결구동방식 견인전동기의 고정자의 사시도.
도 5은 직결구동방식 견인전동기의 사시도.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

전동차용 대차에 구비되는 직결구동 방식의 견인전동기는 상기한 바와 같이 대차에 설치되어 바퀴의 구동축을 구동시키는 전동기로서 고정자와, 영구자석을 포함하고 차축에 끼워지는 회전자와, 직결구동 견인전동기의 회전자 및 샤프트가 일체화된 차축으로 구성되고, 대차는 차축, 차축에 결합된 차륜, 베어링 및 상기 견인전동기가 차축에 결합되어 구성된다.

이 경우 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 회전자(100)는 환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장으로 형성된 복수의 로터코어(110)가 차례로 맞붙여 고정 형성된다.

상기 로터코어(110)는 영구자석이 끼워질 수 있는 자석공(111)이 외주면을 따라 내부에 소정 깊이로 형성되어 있다.

이 경우 상기 로터코어(110)에는 외주면 내부에 형성된 상기 자석공(111)으로 영구자석(120)이 삽입되어, 상기 영구자석(120)이 로터코어(110)의 내부에 위치하게 되어 이탈이 방지되고, 내구력을 높일 수 있게 되며, 아울러 상기 고정자에서 발생하는 열의 영향을 직접적으로 받지 않아 온도 상승에 의한 상기 영구자석(120)의 감자가능성이 적어지는 효과가 있다.

상기 로터코어(110)의 중심부에는 중공이 형성되어 차축(10)이 결합되고 상기 차축(10)과 함께 고정되어 회전된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고정자는 상기 회전자의 외부를 감싸고, 전류를 공급받아 자력을 발생하여 상기 영구자석(120)을 포함한 로터코어(110)로 이루어진 회전자(100)의 자력과 상호작용하여 전체적으로 상기 견인전동기에 토크를 전달 할 수 있게 되는 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(300)은 일반적으로 견인전동기의 상기 회전자의 외부를 감싼 프레임(400)의 양단에 결합되고, 견인전동기의 회전 토크를 차축 및 차륜에 전달하기 위해 차륜과 함께 회전되도록 결합되는 커플링과의 조립을 위한 인터페이스 및 냉각 성능의 향상을 고려하여 견고하게 설계된다.

일반적으로 종래에는 상기 프레임(400)은 외주면에 방열판이 구비되어 발열제거 및 소음제거의 낮은 효율성 및 누설 자속이 발생되는 구조다.

따라서 본 발명은 일 실시예로서, 상기 프레임(400)에 합성수지(Resin)을 도포한 후 가열이나 자외선조사 등 후처리를 통하여 외곽 전체를 합성수지로 덮어 씌우면, 고속 회전 시에도 떨림이나 잦은 충격을 줄여 높은 내구성을 유지할 수 있고, 권선 및 슬롯의 형상으로 기인한 공간고조파의 발생의 차단하며 또한 간극사이의 공기의 유동에서 나오는 소음 발생을 차단 할 수 있다.

또한 누설 자속의 방지책으로 상기 합성수지에 자성체인 탄소분말을 포함하여 상기 프레임(400)에 도포 함으로서 자속 흐름이 유연해 질 수 있어 누설자속 방지효과를 가져 올 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 차축 300 : 하우징
100 : 회전자 110 : 로터코어
111 : 자석공 112 : 벤트홀
120 : 영구자석 200 : 고정자
400 : 프레임

Claims (1)

1. 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차에 있어서,
   상기 견인전동기는
   상기 회전자(100)의 외부를 감싸고, 상기 회전자(100)의 자력과 상호작용하여 전체적으로 상기 견인전동기에 토크를 전달하도록 설치되는 고정자(200);
   영구자석(120)이 끼워질 수 있는 자석공(111)이 외주면을 따라 내부에 소정 깊이로 형성된 환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장으로 형성된 복수의 로터코어(110)가 차례로 맞붙여 고정 형성되어 차축(10)과 결합되는 회전자(100);
   상기 고정자(200)와 회전자(100)를 감싸고, 외주면에 방열판이 구비되고, 자성체인 탄소분말을 포함하는 합성수지(Resin)가 도포한 후 가열 또는 자외선조사를 통하여 외곽 전체가 씌워지는 프레임(400);
   프레임(400)의 양단에서 결합되는 하우징(300);을 포함하여 구성되고,
   상기 견인전동기의 회전 토크는 차륜과 함께 회전되도록 결합되는 커플링을 통해 차축 및 차륜에 전달되는 것을 특징으로 하는 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용한 프레임 구조의 직결구동방식 견인전동기를 구비한 전동차용 대차.

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