KR102172769B1 - 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터 - Google Patents

네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자석과 자석을 일대일로 대응하여 전환하는 클러치 형태로서 조립 불량 등을 개선하고, 전환력 손실, 소음 발생, 및 공극 발생을 억제한 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터에 관한 것이다.

Description

네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터{ELECTROMAGNETIC CLUTCH TOGETHER WITH ELECTRIC MOTOR OF POINT MACHINE USING NEODYMIUM MAGNET}
본 발명은 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자석과 자석을 일대일로 대응하여 전환하는 클러치 형태로서 조립 불량 등을 개선하고, 전환력 손실, 소음 발생, 및 공극 발생을 억제한 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터에 관한 것이다.
일반적으로 선로전환기는 모터의 구동력을 이용하여 선로를 이동시키게 된다. 다만, 선로 전환 시 장애물 등에 의해 정격을 넘는 부하가 발생함에 따라 장치가 파손되는 것을 방지하기 위해 선로전환기에는 클러치가 적용된다.
한편 종래의 선로전환기에 구비된 클러치의 경우, 마찰식 클러치로서 일정 이상의 부하가 발생할 경우에는 모터의 구동력 전달을 차단하여 장치의 파손을 방지하게 된다.
다만, 이와 같은 마찰식 클러치의 경우 토크 조정에 따른 과다 마찰로 클러치 자체에 마모 및 파손이 발생할 수가 있으며, 마찰력에 의한 온도변화량 차이가 높아 계절 별로 토크 조정을 따로 시행하여야 하는 불편함이 있었다.
이때 토크량은 토크 게이지로 측정하며, 회전축을 항상 약 1.5 ~ 2Nm로 유지해야 하며, 또한 토크량을 조절하기 위해서는 슬립을 올리고 연축기에 설치된 디스크의 토크를 조정하게 되는데 이 과정에서 값이 증가되거나, 감소되는지를 여러 번 반복하여 정해진 수치값을 설정해야 하는 번거로움이 있었다.
또한 종래의 선로전환기는 모터의 구동에 의해 스크류축을 회전시켜 회전되는 스크류축을 따라 이동하는 구동패널의 작동바가 레일을 이동시켜 선로를 전환시키게 되는데, 이동시키려는 레일이 자갈이나 이물에 걸려 이동이 방해될 경우 지속적으로 구동되는 모터가 과부하 되어 오작동을 일으키거나 파손되므로 선로를 전환시킬 수 없어, 열차가 급정거해야 하거나 선로를 이탈하여 열차사고가 발생하는 심각한 문제점이 상존하게 된다.
이를 해결하기 위해 종래 발명인 출원번호 제2017-0125852호에 따른 선로전환기의 클러치 일체 모터는, 외함몸체(221), 클러치모터(230), 감속기어부(250), 동작블럭(300), 접점부(450), 수동전환장치부(280), 단자부(700) 등에 연결되어 구성된다.
여기서 설명과 이해의 편의성을 위해 도 1 a, b에서 기준 방향으로 좌측을 선로전환기 좌측, 우측을 선로전환기 우측, 상부를 후방, 하측을 전방이라 칭하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 선로전환기의 클러치 일체 모터는, 외함몸체(221) 내부에 장착되고 제어신호에 따라 정, 역회전하여 동력을 발생하되, 모터(231)와 클러치(232)가 일체로 형성된 클러치모터(230); 상기 클러치모터(230)에서 발생된 회전동력을 전달하는 감속기어부(250); 상기 감속기어부(250)에 연결되어 클러치모터(230)의 회전력을 전달받는 볼스크류(320), 상기 볼스크류(320)의 회전방향에 따라 상부가 고정된 회동축(341)을 중심으로 좌우로 회동하는 동작간(340)을 포함하여 구성되는 동작블럭(300); 상기 회동축(341)의 일측에는 일측이 결합되는 토크센서(350); 상기 토오크센서(350)의 타측에 결합되어 분기기용쇄정장치를 동작시키기 위한 구동암부(360); 상기 동작간(340)이 좌, 우 전환이 완료되었을 때 상기 동작간(340)의 회동 위치를 감지하여 동작을 정지시키는 접점부(450)에 연결되어 구성된다.
상기 동작간(340)의 좌, 우 동작 거리의 한계는 동작블록(300) 양끝 상단에 위치한 전환정지 스위치(453)와의 거리를 통해 정해지며, 볼스크류너트하우징(321)의 모서리부분이 전환정지레버(452)를 회전시키고, 회전한 전환정지레버(452)는 전환정지 스위치(453)의 접점에 붙어 클러치모터(230)의 전원을 차단한다.
또한 볼스크류너트하우징(321)이 물러나면서 전환정지레버(452)를 반대로 회전 시키고, 붙어 있던 전환정지 스위치(453)와 전환정지레버(452)가 떨어져 클러치모터(230)의 전원을 연결한다.
이 원리는 전환정지 스위치(453)와 전환정지레버(452)가 각각 양쪽에 동일하게 위치하여 오동작을 방지한다.
상기 감속기어부(250)는 기어박스 내에 클러치모터(230)의 축과 연결되어 동력을 전달하는 스플라인(252); 상기 스플라인(252)의 우측으로 치합되어 동력을 동작블럭기어(305)로 전달하는 제1기어(253); 상기 스플라인(252)의 좌측에 위치하여 제2기어(254)의 외접기어(254A)에 치합되고, 상기 제2기어(254)의 내접기어(254B)와 치합되는 제3기어(255); 상기 제2기어(254)의 상부측에 위치하여 내접기어(254B)와 치합되는 정반위표시기어(261);를 포함한다.
상기 제어신호는 제어방식, 클러치모터(230)의 종류(단상 또는 삼상)에 따라 제어계전기(710)를 내장하여 제어하거나, 제어계전기(710)를 내장하지 않고 신호계전기실로부터 모터의 정, 역신호를 직접 받아 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 클러치모터(230)는 외함의 내부에 모터(231)와 클러치(232)를 동시에 내장하고, 상기 클러치(232)는 동력 전달용 마그네틱 클러치 타입으로 소형 경량으로 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한 클러치모터(230)의 마그네틱 사이에 마찰이 발생하지 않게 되어, 비회전에 따른 영향이 모터(231)에 전달되지 않게 되므로, 모터(231)의 파손을 방지할 수 있다.
상기 접점부(450)는 육각봉인 접점부축(451)에 상기 접점캠구동편(323)과 일치되는 위치에 접점부구동레버(452)가 체결되고, 상기 접점부구동레버(452)의 양측에 스위치구동캠(453a)이 결합된다.
상기 스위치구동캠(453a)의 작동에 의해 표시회로 스위치(453b)와 모터전원 스위치(453c)가 작동된다.
상기 접점부축(451)의 전단에는 상기 클러치모터(230)를 정지시키기 위한 접점부구동기어(455)가 결합되고, 양쪽에 설치된 상기 접점부구동기어(455)는 피니언기어(477) 및 레크기어(470)에 의해 상호 연동되어 작동된다.
상기 피니언기어(477) 중 좌측의 피니언 기어축에는 브레이크구동캠연결축(477a)이 형성된다.
한편, 수동전환모드로 외부 전원이 끊기거나 교육, 비상상황에 수동으로 전환하기 위한 모터의 동작여부와 관계 없이 수동전환핸들삽입구(281)에 수동전환핸들을 넣어 선로전환기를 구동한다.
상기 수동전환장치부(280)는 전환레버를 회전시키면 클러치모터(230)의 전원이 차단되고 수동전환핸들삽입구(281)에 수동핸들을 넣어 전환시킬 수 있다.
또한 종래의 외함몸체(221)의 외측에 구동암축베어링하우징(361)이 결합되고, 상기 구동암축베어링하우징(361)의 내측에는 구동암브라켓 체결부재(363a), 구동암브라켓베어링(363b), 스냅링(363c), 오링(363d), 구동암 브라켓(363) 순으로 결합되고, 상기 구동암 브라켓(363)의 외측에는 구동암(365)이 구동암 커버(369)에 의해 나사 결합된다.
또한 종래의 볼스크류(320)에는 볼스크류너트하우징(321)이 결합되는 구조이다. 상기 볼스크류(320)의 회전방향에 따라 상기 볼스크류(320)의 나사산에 치합된 볼스크류너트하우징(321)이 좌우로 이동하게 된다. 상기 볼스크류너트하우징(321)이 좌우로 이동하게 되면 동작간(340)이 상부의 회동축(341)을 중심으로 좌우로 회동 가능한 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 볼스크류너트하우징(321)은 좌우방향으로 상기 볼스크류(320)가 관통하여 나사산에 의해 치합 체결되는 구조를 갖는다. 상기와 같은 구조는 볼스크류너트하우징(321)에 결합된 동작간(340)이 안정되고 유연한 동작을 할 수 있도록 한다.
상기 볼스크류너트하우징(321)은 전후측에는 각각 하우징베어링(322)이 형성되고, 상기 동작간(340)의 양측 내부에는 상기 하우징베어링(322)이 안착되어 이동할 수 있는 하우징베어링이동홈(343)이 형성되어, 상기 볼스크류너트하우징(321)의 좌우 이동에 따라 상기 동작간(340)이 좌우로 이동하는 구조를 갖는다.
종래의 클러치모터(230)는 사마륨 코발트 자석 취부대(231a), 상기 사마륨 코발트 자석 취부대(231a)를 고정하는 자석 취부대 고정체(231b), 사마륨 코발트 자석(231c), 알리코 자석(231d), 알리코 자석(231d)을 고정시키는 알리코 자석 취부대(231e), 멈춤링(231f), 베어링(231g), 상기 알리코 자석 취부대(231e)를 고정시키는 알리코 자석 취부대 고정체(231h), 클러치를 보호하는 클러치 하우징(231i) 등으로 구성된다.
사마륨코발트 자석(231c)은 사마륨과 코발트 등의 기타 희토류 원소의 합금으로 제작되는 대표적인 희토류자석의 한 종류로서, 2,800~3,500 Gauss의 영구자석 중 네오디움 자석 다음으로 강력한 자력을 가지고 있다.
사마륨코발트 자석(231c)은 온도에 대한 안정성이 높아서 최대 350℃의 고온에서도 자력의 감자없이 사용할 수 있다.
사마륨코발트 자석(231c)은 기계적 강도가 약해 작은 외부충격으로 파손되기 쉬워 사마륨 코발트 자석 취부대(231a)로 주변을 감싸 보호한다.
알리코 자석(231d)은 철, 니켈, 알루미늄 등의 합금으로 만들어지며 우수한 온도 특성과 내구성을 갖고 있다.
상기 사마륨 코발트 자석 취부대(231a)는 철 재질로 이루어진 부품이기 때문에 사마륨 코발트 자석(231c)을 고정하기 위한 별도의 부품이 필요 없는 데, 알리코 자석(231d)은 자석이기는 하지만 감자(자력이 감소하는 현상)가 잘되는 특성을 갖고 있어, 알리코 자석 취부대(231e)에 3개의 나사로 고정된다.
또한 사마륨 코발트 자석(231c)이 사마륨 코발트 자석 취부대(231a)에 붙으려 하는 자력이 사마륨 코발트 자석(231c)이 알리코 자석(231d)에 붙으려하는 자력 보다 크기 때문에 사마륨 코발트 자석(231c)에는 별도의 조치가 필요 없고 알리코 자석(231d)은 3개의 나사로 알리코 자석 취부대(231e)에 취부한다.
또한 자석 취부대 고정체(231b)는 사마륨 코발트 자석(231c)과 사마륨 코발트 자석 취부대(231a)가 붙은 통째로 알리코 자석(231d)으로 붙지 않도록 하기 위해 모터축에 나사로 고정한다.
한편 상기 동작블럭(300)은 전,후면부(311, 312), 좌,우면판(313, 314) 및 바닥결합부(315)가 일체로 형성되어 상기 외함몸체(221)의 내부 우측의 바닥면에 볼트결합 되어 설치되는 동작블럭베이스(310); 상기 동작블럭베이스(310)의 전,후면부(311, 312) 사이에 수평을 유지하여 양단이 회전 가능하게 설치되고, 그 일단이 상기 감속기어부(250)와 연결되는 동작블럭기어(305)에 연결되는 볼스크류(320)와; 상기 볼스크류(320)의 나사산에 치합되어 상기 볼스크류(320)의 회전방향에 따라 좌우로 이동하는 볼스크류너트하우징(321); 상기 동작블럭베이스(310)의 좌, 후면판(313, 314) 사이에 수평을 유지하여 양단이 회전 가능하게 볼스크류(320)의 상부로 교차되어 설치되고, 상기 볼스크류너트하우징(321)의 좌우 이동에 따라 상기 동작간(340)이 상부의 회동축(341)을 중심으로 좌우로 회동 가능한 구조인 것을 특징으로 한다.
특히 자석 취부대 고정체(231b)는 원형 형상의 링 구조로서 사마륨 코발트 자석(231c)과 알리코 자석(231d) 사이에 위치하며, 서로 강력한 자성을 갖는 사마륨 코발트 자석(231c)과 알리코 자석(231d)이 붙어 버리는 것을 방지하기 위해 이들 사이에 공간이 형성되도록 한다.
자석 취부대 고정체(231b)는 내부에 관통홀이 형성되어 모터(231)의 축과 결합되며, 상기 관통홀의 모양이 처음에는 테이퍼 형상으로 진행되다가 후반부에는 테이퍼 형상의 원형 모양 보다 더 작은 원형공으로 마감되도록 하여, 사마륨 코발트 자석(231c)과 알리코 자석(231d) 사이의 공극을 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한 상기 모터(231)의 축에는 나사 구멍이 형성되어 클러치 하우징(231i)의 밖에서 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석의 상호 다른 극성으로 당기며 동시에 회전하다가 일정 이상의 과부하가 감속기 종단에 발생 될 경우 감속기 기어 연결측 외륜 네오디뮴 자석축은 멈춰 있고 모터에 연결된 내륜 네오디뮴 자석축만 회전하여 모터 및 감속기의 파손을 방지공극을 통해 간격 게이지로 사마륨 코발트 자석(231c)과 알리코 자석(231d)의 거리를 조정할 수도 있다.
한국공개특허 제2019-0036676호 한국등록특허 제1852776호 한국등록특허 제2028595호 한국등록특허 제2063122호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명은 선로전환기에서 모터 및 클러치 일체 조립 방식으로 종래 모터 및 클러치와 감속기 부분을 별도로 조립하여 조립 불량 등의 이유로 전환력 손실 및 소음 발생 원인을 제거하였고, 종래 클러치 하우징이 필요없고, 감속기 외함을 클러치 하우징으로 사용할 수 있는 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터를 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 전동기 모터와 클러치와 감속기를 포함하는 클러치 하우징 겸 감속기 외함으로 구성된 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터에 있어서, 상기 전동기 모터의 축에 연결되는 내륜 네오디뮴 자석 취부대; 상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대의 외주면에 부착되는 내륜 네오디뮴 자석; 상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대를 고정하는 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체; 상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대를 외부에서 감싸서 포함하는 외륜 네오디뮴 자석 취부대; 상기 외륜 네오디뮴 자석 취부대의 내주면에 부착되는 외륜 네오디뮴 자석; 상기 클러치 하우징 겸 감속기 외함 내의 감속기 기어 연결측에 연결되는 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체;를 포함한다.
상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체는 외주연을 따라 결합체로 내륜 네오디뮴 자석 취부대와 결합되어 상기 전동기 모터로 부터 외력에 대한 역전 토오크가 발생시 클러치에서 전동기가 부담할 수 있는 범위에서의 상기 역전 토오크를 제한하여 전달하므로써 전동기 모터를 보호한다.
상기 내륜 네오디뮴 자석과 일정 간격 이격된 외륜 네오디뮴 자석을 일대일로 대응하여 전환하는 동기화 클러치 또는 상기 내륜 네오디뮴 자석과 일정 간격 이격된 외륜 자성체를 일대 일로 대응하여 사용하는 히스테리시스 클러치 방식이다.
상기 선로 전환기 내부의 경우 일정 크기 이상의 전달 토크를 일정 RPM 이하까지 전달 할 수 있는 히스테리시스 클러치이다.
상기 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석을 일정 간격 이격시켜 일정 ㎏f 이상 동작에서는 슬립이 발생된다.
상기 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석의 상호 다른 극성으로 당기며 동시에 회전하다가 일정 이상의 과부하가 감속기 종단에 발생 될 경우 감속기 기어 연결측 자석축을 포함하는 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체의 기어부가 정지하여 멈춰 있고 모터에 연결된 내륜 네오디뮴 자석축만 회전하여 모터 및 감속기의 파손을 방지한다.
상기 선로 전환기가 신호적으로는 전환 시작 후 일정 시간 이상 전환이 완료되지 않으면 장애를 외부에 전송하여 표출하고 상기 전동기 모터의 전원을 끊도록 제어한다.
상기 내륜 네오디뮴 자석 n, s, n, s 배열에 대응하여 외륜 네오디뮴 자석이 s, n, s, n 배열이며, 상기 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석의 공극이 일정하여 비틀림 각도 변화가 없고, 전달 토크가 일정하다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 종래 클러치 하우징이 필요없고, 감속기 외함을 클러치 하우징으로 사용할 수 있다.
또한 본 발명은 네오디뮴 작은 크기로도 충분한 자력을 갖고 있어 클러치의 소형화가 가능하다.
또한 전동기 모터에서 불규칙한 과동력원(Over-Power) 전달을 차단하고 불균일한 동력원을 균일하게 1차적으로 전달키 위한 토오크로 조절하며, 구동부로 부터는 외력에 대한 역전 토오크가 발생시 클러치에서 전동기가 부담할 수 있는 범위에서의 역전 토오크로 제한 전달하므로써, 전동기 모터를 보호할 수 있다.
또한 본 발명은 마찰 클러치 방식이 아닌 자석 클러치 타입으로 슬립에도 열이 발생하지 않아 클러치 과열에 대한 문제가 없다.
또한 본 발명은 클러치의 조립형태가 동일한 축방향으로 되어 있어 절대적으로 공극이 변하지 않아 별도의 유지보수가 필요없다.
도 1a는 종래 발명에 따른 사마륨코발트 자석 등으로 제조된 클러치 모터를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터의 측면 절단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 및 클러치 일체 조립 방식
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터의 내륜 네오디뮴 자석 취부대와 외륜 네오디뮴 자석 취부대와 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체의 세부 구성 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터의 내륜 네오디뮴 자석 취부대, 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체, 외륜 네오디뮴 자석과 내륜 네오디뮴 자석, 및 외륜 네오디뮴 자석 취부대의 결합관계를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터의 좀 더 세부적인 구성 분해 사시도이다.
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 제공되는 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.
이하 본 발명에 따른 전동기 모터와 클러치와 감속기를 포함하는 클러치 하우징 겸 감속기 외함(213i)으로 구성된 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터에 대하여 자세히 설명한다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 내륜 네오디뮴 자석 취부대(213a), 내륜 네오디뮴 자석(213c), 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체(213b), 외륜 네오디뮴 자석 취부대(213e), 외륜 네오디뮴 자석(213d), 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체(213h) 등으로 구성된다.
상기 내륜 네오디뮴 자석(213c)은 내륜 네오디뮴 자석 취부대의 외주면에 부착되는 데, 상기 내륜 네오디뮴 자석과 일정 간격 이격된 외륜 네오디뮴 자석을 일대일로 대응하여 전환하는 동기화 클러치 또는 상기 내륜 네오디뮴 자석과 일정 간격 이격된 외륜 자성체를 일대 일로 대응하여 사용하는 히스테리시스 클러치 방식이다.
내륜 네오디뮴 자석 취부대(213a)는 상기 전동기 모터의 축에 연결되고, 외주면에 내륜 네오디뮴 자석(213c)들이 부착되어 외륜 네오디뮴 자석(213d)과 서로 강력한 자기장을 형성하여 결합된다.
상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체(213b)는 내륜 네오디뮴 자석 취부대를 고정하는 데, 상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체(213b)는 외주연을 따라 결합체로 내륜 네오디뮴 자석 취부대와 결합되어 상기 전동기 모터로 부터 외력에 대한 역전 토오크가 발생시 클러치에서 전동기가 부담할 수 있는 범위에서의 상기 역전 토오크를 제한하여 전달하므로써 전동기 모터를 보호한다.
상기 외륜 네오디뮴 자석(213d)은 외륜 네오디뮴 자석 취부대의 내주면에 부착되는 데, 상기 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석의 상호 다른 극성으로 당기며 동시에 회전하다가 일정 이상의 과부하가 감속기 종단에 발생 될 경우 감속기 기어 연결측 자석축을 포함하는 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체의 기어부가 정지하여 멈춰 있고 모터에 연결된 내륜 네오디뮴 자석축만 회전하여 모터 및 감속기의 파손을 방지한다.
예를 들어 내륜 네오디뮴 자석이 n,s,n,s 배열로 배열되고, 외륜 네오디뮴 자석이 일정 간격(공극)으로 이격되어 n,s,n,s 배열로 배열된다.
상기 외륜 네오디뮴 자석 취부대(213e)는 내륜 네오디뮴 자석 취부대를 외부에서 감싸서 포함하고, 상기 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체(213h)는 클러치 하우징 겸 감속기 외함(213i) 내의 감속기 기어 연결측에 연결된다.
상기 선로 전환기 내부의 경우 일정 크기 이상의 전달 토크를 일정 RPM 이하까지 전달 할 수 있는 히스테리시스 클러치이다.
상기 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석을 일정 간격 이격시켜 일정 ㎏f 이상 동작에서는 슬립이 발생된다.
상기 선로 전환기가 신호적으로는 전환 시작 후 일정 시간 이상 전환이 완료되지 않으면 장애를 외부에 전송하여 표출하고 상기 전동기 모터의 전원을 끊도록 제어한다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 모터에 전달되는 전기 신호적으로 전환시작 후 일정시간 이상 전환이 완료되지 않으면 장애를 표출하고 모터의 전원을 끊도록 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석의 상호 다른 극성으로 당기며 동시에 회전하다가 일정 이상의 과부하가 감속기 종단에 발생 될 경우 감속기 기어 연결측 외륜 네오디뮴 자석축은 멈춰 있고 모터에 연결 된 내륜 네오디뮴 자석축만 회전하여 모터 및 감속기의 파손을 방지한다.
예를 들어 모터 및 감속기의 파손을 방지하기 위해 전기 신호적으로는 전환 시작 후 일정 시간 이상 전환이 완료되지 않으면 장애를 표출하고 제어부가 모터의 전원을 끊는다.
상기 전동기 모터에서 불규칙한 과동력원 전달을 차단하고 불균일한 동력원을 균일하게 1차적으로 전달키 위한 토오크로 조절하지 않으면, 구동부로 부터 외력에 대한 역전 토오크가 발생시 클러치에서 전동기가 부담할 수 없는 범위에서의 역전 토오크를 전달하므로써 전동기 모터를 보호할 수 없기 때문이다.
본 발명에 따른 클러치의 기술 특성상 히스테리시스, 동기화, 히스테리시스&동기화 클러치로 나뉘며 각 형태에 따라 전환성능 및 기능이 달라지며 동기화 클러치는 자석과 자석을 일대일로 대응하여 전환하는 클러치 형태이고 히스테리시스 클러치는 자석과 자성체를 일대 일로 대응하여 사용 하는 클러치 형태이다.
상기 동기화 클러치 형태는 일정 토크 이상에서 슬립이 되며 RPM에 변화가 없고, 히스테리시스 클러치는 RPM에 변화가 있으며 모터의 전달 RPM의 감소가 발생 하지만 낮은 속도에서도 전환이 가능하게 하였다.
본 발명의 일실시예에 따른 NS-AM의 선로 전환기 내부에는 히스테리시스 형태의 클러치로 되어있으며 큰 전달 토크를 낮은 RPM 까지 전달 할 수 있는 형태의 클러치이다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 마찰 클러치 방식이 아닌 자석 클러치 타입으로 슬립에도 열이 발생하지 않도록 공극 유지가 중요한데, 상기 클러치의 조립형태가 동일한 축방향으로 되어 있어 절대적으로 공극이 변하지 않아 별도의 유지보수가 필요없다.
예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 내륜 네오디뮴 자석 취부대(213a), 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체(213b), 외륜 네오디뮴 자석 취부대(213e), 외륜 네오디뮴 자석(213d) 등이 동일한 축방향으로 결합되어 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석의 공극이 변하지 않도록 하였다.
또한 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터의 클러치의 조립형태가 동일한 축방향으로 되어 있어 절대적으로 공극이 변하지 않아 별도의 유지보수가 필요없다.
즉 상기 선로전환기에서 클러치의 역할은 전동기 모터와 선로 전환력을 직접적으로 이행하는 구동부와의 안정된 동력을 전달하기 위함과 클러치의 조립형태가 동일한 축방향으로 하여 공극에 변화가 없도록 하는 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 고정부(213b-1), 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정부(213e-1), 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제1 고정링(213h-1), 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제1 베어링(213h-2), 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제2 고정링(213h-3), 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제2 베어링(213h-4), 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제3 고정링(213h-5) 등을 더 포함한다.
상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 고정부(213b-1)는 머리부와 다리부를 갖는 볼트 형상이고, 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정부(213e-1)는 외륜 네오디뮴 자석 취부대(213e)의 내부홀과 결합되는 형상을 가지며, 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제1 고정링(213h-1) 내지 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제3 고정링(213h-5)은 일부가 개구된 링 형상이다.
따라서 각 고정부(213b-1, 213e-1), 베어링(베어링, 213h-4), 고정링(213h-1, 213h-3, 213h-5)을 통해 모터 축이 기울어짐을 방지하면서 공극이 변하지 않도록 하여 별도의 유지보수가 필요없다.
즉 상기 선로전환기에서 클러치의 역할은 전동기 모터와 선로 전환력을 직접적으로 이행하는 구동부와의 안정된 동력을 전달할 수 있다.
한편 상기 네오디뮴 자석에는 고성능 NdFeB계 영구자석이 사용될 수 있으며, 진공 또는 비활성 분위기에서 네오디뮴(Nd) 또는 프라세오디뮴(Pr)로 구성된 R(희토류 원소): 25 ~ 30wt%, 붕소(B): 0.3 ~ 2wt% 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 스트립 캐스팅하여 제조되는 것이 바람직하다.
상기 R-T-B계 합금은, 산소 함량이 0.1wt% 이하인 R-T-B-M-O계 합금이며, 상기 M(전이금속)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 갈륨(Ga) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한
Figure 112020057430746-pat00001
로 나타내어지는 화합물을 주상으로 하는 희토류 영구자석으로서, M은 코발트, 베릴륨, 리튬, 알루미늄, 규소 중 어느 하나로부터 선택되는 원소이며, x는 0.01≤x≤0.25를 충족시킨다.
또한 상술한 합금 중에서 하나를 수소처리공정, 및 탈수소 공정을 포함하는 수소파쇄 공정에 의해 수행된 합금 분말을 미분쇄하고, 상기 미분쇄된 합금 분말을 소결하는 과정을 거쳐 네오디뮴 자석을 생산할 수도 있다.
또는 상술한 합금 또는 NdFeB계 합금에 FeGa 3 화합물 분말을 혼합하여 미분쇄하고, 상기 미분쇄 혼합 분말에 자장을 인가한 상태에서 압축 성형하여 소결한 후 열처리할 수도 있다.
한편 네오디뮴 원료를 용융염 전해에 의해 순도 99.9 ％ 이상, 철 원료를 수용액 전해에 의해 99.99 ％ 이상으로 하고, 다음으로, 이 정제한 네오디뮴, 정제한 철, 보론을 배합한 배합물을 진공 용해하여 잉곳으로 하고, 이 잉곳을 분쇄하여 분말화한 후, 이것을 프레스에 의해 성형하고, 그 후, 이 성형체를 소결, 열처리를 실시한 후, 이소결체를 표면 가공하여 생산할 수도 있다.
또한 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터에 자외선 안정제를 도포하는 데, 상기 자외선 안정제는 HALS임이 바람직하고, 상기 자외선 안정제로서 사용될 수 있는 산화방지제는 자유 라디칼 제거제 (free radical scavenger)로서 기능하며 태양으로부터 오는 복사 에너지 중 자외선을 보호하는 데 쓰인다.
상기 선로 전환기가 신호적으로는 전환 시작 후 일정 시간 이상 전환이 완료되지 않으면 장애를 외부에 전송하여 표출하고 모터의 전원을 끊도록 제어한다.
일실시예로서 추가되는 통신 모듈을 통해 상기 선로 전환기가 신호적으로는 전환 시작 후 일정 시간 이상 전환이 완료되지 않은 경우 첫 번째 알람 대상자인 관리자가 부재 중이거나 일정 시간 내에 연락을 안 받을 경우 제2, 제 3의 관리자에게 차례대로 연락이 전달한다.
상기 관리자들은 본 발명에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터에 토크 센서를 추가로 연결하였을 경우 선로 전환기의 토크 변화도 감지 할 수 있어 정상적인 상황과 비정상적인 상황에 대해서 매우 적극적으로 상황 판단을 할 수 있다.
또한 상기 모터에 전달되는 전기 신호적으로 전환시작 후 일정시간 이상 전환이 완료되지 않으면 장애를 표출하고 모터의 전원을 끊도록 제어하는 제어부를 이용할 수도 있다.
상기 제1 관리자의 경우 장애 대응 매뉴얼 정보를 전송하도록 제어하여, 초보자가 당황하지 않고 초기 대응을 적기에 할 수 있도록 한다.
이 후 상기 선로 전환기와 네트워크로 연결된 중앙서버는 첫 번째 알람 대상자인 관리자가 부재 중이거나 일정 시간 내에 연락을 안 받을 경우 제2, 제 3의 관리자에게 차례 대로 연락이 갈 수 있도록 제어한다.
이를 위해 본 발명은 중앙 서버에 관리자/담당자/유지보수자의 휴가일, 공휴일 중 적어도 하나를 공백 기간으로 설정하는 공백 기간 설정부를 더 포함할 수 있다.
상기 공백 기간 설정부는, 음력 또는 양력에 따라 상기 관리자의 휴가일, 공휴일 중 적어도 하나 이상의 날짜에 대해 상기 공백 기간을 설정하며, 상기 공백 기간에 이상 센서 정보가 전달되는 단계를 상기 관리자의 경우 배제할 수 있다.
상기 알람 내용에는 상기 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터가 설치된 복수의 장소 중 어느 장소에서 화재가 발생했는지에 대한 상세한 정보를 표시하고, 상기 알람이 울린 횟수가 일정치 이상인 경우 알람을 중지하도록 제어하며, 상기 제 2, 제 3의 관리자의 스케쥴 일정을 반영하여 알람 최대 횟수를 일정하게 조정하여 상기 제 2, 제 3의 관리자의 휴가의 경우 알람 횟수가 없게 하고, 근무 시간이 지난 경우 알람 횟수를 일정치 이하로 조정할 수 있다.
213a : 내륜 네오디뮴 자석 취부대
213c : 내륜 네오디뮴 자석
213b : 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체
213e : 외륜 네오디뮴 자석 취부대
213d : 외륜 네오디뮴 자석
213h : 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체
213b-1 : 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 고정부
213e-1 : 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정부
213h-1 : 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제1 고정링
213h-2 : 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제1 베어링
213h-3 : 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제2 고정링
213h-4 : 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제2 베어링
213h-5 : 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체 제3 고정링

Claims (8)

  1. 전동기 모터와 클러치와 감속기를 포함하는 클러치 하우징 겸 감속기 외함(213i)으로 구성된 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터에 있어서,
    상기 전동기 모터의 축에 연결되는 내륜 네오디뮴 자석 취부대(213a);
    상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대의 외주면에 부착되는 내륜 네오디뮴 자석(213c);
    상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대(213a)를 고정하는 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체(213b);
    상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대(213a)를 외부에서 감싸서 포함하는 외륜 네오디뮴 자석 취부대(213e);
    상기 외륜 네오디뮴 자석 취부대(213e)의 내주면에 부착되는 외륜 네오디뮴 자석(213d);
    상기 클러치 하우징 겸 감속기 외함(213i) 내의 감속기 기어 연결측에 연결되는 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체(213h);를 포함하고,
    상기 내륜 네오디뮴 자석과 일정 간격 이격된 외륜 네오디뮴 자석을 일대일로 대응하여 전환하는 동기화 클러치 방식인 것을 특징으로 하는 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체는 외주연을 따라 결합체로 내륜 네오디뮴 자석 취부대와 결합되어 상기 전동기 모터로 부터 외력에 대한 역전 토오크가 발생시 클러치에서 전동기가 부담할 수 있는 범위에서의 상기 역전 토오크를 제한하여 전달하므로써 전동기 모터를 보호하는 것을 특징으로 하는 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석의 상호 다른 극성으로 당기며 동시에 회전하다가 일정 이상의 과부하가 감속기 종단에 발생 될 경우 감속기 기어 연결측 자석축(213h-1)을 포함하는 외륜 네오디뮴 자석 취부대 고정체의 기어부(213h-2)가 정지하여 멈춰 있고 모터에 연결된 내륜 네오디뮴 자석축만 회전하여 모터 및 감속기의 파손을 방지하는 것을 특징으로 하는 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 선로 전환기가 신호적으로는 전환 시작 후 일정 시간 이상 전환이 완료되지 않으면 장애를 외부에 전송하여 표출하고 상기 전동기 모터의 전원을 끊도록 제어하는 것을 특징으로 하는 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 내륜 네오디뮴 자석 n, s, n, s 배열에 대응하여 외륜 네오디뮴 자석이 s, n, s, n 배열이며, 상기 내륜 네오디뮴 자석과 외륜 네오디뮴 자석의 공극이 일정하여 비틀림 각도 변화가 없고, 전달 토크가 일정한 것을 특징으로 하는 네오디뮴 자석을 이용한 선로전환기의 클러치 일체 모터.
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