KR102557651B1 - 철도차량용 전폐형 견인 전동기 - Google Patents

철도차량용 전폐형 견인 전동기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 관한 것으로서, 특히 내부 회전자와 베어링 사이에 냉각유로를 형성함으로써, 회전자와 베어링 부분에도 냉각 공기가 원활히 공급되도록 하여 외형 크기 변화 없이 냉각효율 향상을 이루도록 하는 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 관한 것이다. 구성은 하우징의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축과, 상기 회전축의 외측으로 결합되어 회전동작하는 회전자 철심로 이루어지는 회전자와, 상기 회전자 철심의 외측으로 형성되고 양측으로 돌출 형성되는 코일 엔드부를 구비하는 고정자와, 상기 회전축의 일단 외측에 결합되는 구동측 베어링을 구비하는 구동측 회전자 팬과, 상기 회전축의 타일단 외측에 결합되는 반구동측 베어링을 구비하는 반구동측 회전자 팬을 포함하여 이루어지는 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 있어서, 하우징의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축의 일단측에 위치하는 구동측 베어링과 구동측 회전자 팬 사이에 형성되는 제1 냉각유로와; 하우징의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축의 타일단측에 위치하는 반구동측 베어링과 반구동측 회전자 팬 사이에 형성되는 제2 냉각유로; 를 포함하여 이루어져, 회전자와 베어링 부분에도 냉각 공기를 유입시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량용 전폐형 견인 전동기{A closed traction motor for railway vehicles}
본 발명은 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 관한 것으로서, 특히 내부 회전자와 베어링 사이에 냉각유로를 형성함으로써, 회전자와 베어링 부분에도 냉각 공기가 원활히 공급되도록 하여 외형 크기 변화 없이 냉각효율 향상을 이루도록 하는 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 관한 것이다.
일반적으로 전기도로 차량이나 전기 기관차와 같은 철도차량 등에는 주발전기 또는 전차선에서 공급되는 전압을 받아 차량을 견인(주행)할 수 있도록 하는 견인 전동기(traction motor)가 사용되고 있다.
이러한 견인 전동기는 개방형 견인 전동기와 전폐형 견인 전동기(totally-enclosed traction motor)가 사용된다.
그리고, 상기 철도차량용 전폐형 견인 전동기는 내부에서 발생하는 열을 주로 전동기 표면을 통해 외부로 방출시킨다.
그 한예로써, 냉각효율을 높이기 위해 전동기 표면에 냉각핀을 적용하거나 회전자에 부착된 팬으로 공기유동을 일으켜 전동기 표면의 열전달 효율을 증대시키도록 하거나, 하우징의 내측벽에 회전자와 평행하게 유로를 형성하여 내부에서 발생하는 열을 냉각시키는 것이 알려져 있다.
또, 종래의 철도차량용 전폐형 견인 전동기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전폐형 견인 전동기는 고정자와 상기 회전자(40) 사이의 공간에 제 1-1유로(62)와, 하우징의 길이를 따라 형성되는 제 1-2유로(64)와, 제 1커버부(20)에 형성되어 상기 제 1-1유로(62)와 연장되고 상기 제 1-2유로(64)로 공기가 유동되도록 안내하는 제 1-3유로(66)와, 제 2커버부(30)에 형성되어 상기 제 1-3유로(66)와 상기 제 1-1유로(62)를 공기가 유동되도록 안내하는 제 1-4유로(68)와, 상기 제 1-3유로(66) 내부에 제 1팬(69)이 구비되어, 상기 제 1-1유로(62)에서 가열된 공기는 상기 제 1-1유로(62), 제 1-3유로(66), 제 1-2유로(64) 및 제 1-4유로(68)를 따라 이동하도록 구성되어 있다.
또, 상기 제 2커버부(30)에 상기 제 1-4유로(68)와 구분되어 공간이 형성되고, 외부의 공기가 유입되는 유입구(71)가 마련되는 제 2-1유로(72)와, 상기 하우징(10) 내측벽을 상기 하우징(10)의 길이방향을 따라 관통하고, 일단이 상기 제 2-1유로(72)와 연통되는 제 2-2유로(74)와, 상기 제 1커버부(20)의 가장자리를 관통하도록 형성되고, 일단이 상기 제 2-2유로(74)의 타단과 연통되고 타단은 외부와 연통되는 배출구(78)가 형성되는 제 2-3유로(76)를 포함하고, 상기 제 2-1유로(72)에는 제 2팬(79)이 형성되어, 상기 유입구(71)를 통하여 외부의 공기가 유입되어, 제 2-1유로(72), 제 2-2유로(74), 제 2-3유로(76) 및 배출구(78)를 통하여 공기가 배출되도록 구성되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 철도차량용 전폐형 견인 전동기는 하우징 내측에 형성되는 냉각 유로 중, 하나의 유로는 내부 공기 순환 유로이며, 다른 하나의 유로는 외부공기의 유동을 위한 것으로서, 내/외부 공기가 독립적으로 유동 되도록 구성되기 때문에 회전자 단부쪽 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
또, 종래 철도차량용 전폐형 견인 전동기는 발생하는 열을 주로 전동기 표면을 통해 외부로 배출시키기 때문에 전동기 표면에 냉각핀을 적용하거나, 회전자에 부착된 팬으로 고정자 유로에 공기 유동을 일으켜 전동기 표면의 열전달율을 증대시키는데, 이 경우 전동기의 용량이 증대됨에 따라 발열량이 커질 경우 외부 냉각핀 증대 및 팬 용량을 높여야 할 뿐 아니라, 전동기의 크기, 무게 및 소음 등의 제약으로 냉각효율을 높이는데 한계가 있었다.
또한, 전동기의 냉각성능이 충분하지 않으면 내부의 열이 베어링 측으로 전달되어 그리스의 열화에 의해 베어링의 수명이 단축되어 결과적으로 전동기의 성능저하와 유지보수성을 저하시키는 문제점이 있었다.
등록특허 제10-1702023호 등록특허 제10-1426622호
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전동기 회전자에 공기가 유입되도록 유로를 형성하여 냉각효율을 높임으로써, 동일 크기의 전동기 대비 용량을 증대할 수 있어 용량 대비 경량화를 이룰 수 있는 철도차량용 전폐형 견인 전동기를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하우징의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축과, 상기 회전축의 외측으로 결합되어 회전동작하는 회전자 철심로 이루어지는 회전자와, 상기 회전자 철심의 외측으로 형성되고 양측으로 돌출 형성되는 코일 엔드부를 구비하는 고정자와, 상기 회전축의 일단 외측에 결합되는 구동측 베어링을 구비하는 구동측 회전자 팬과, 상기 회전축의 타일단 외측에 결합되는 반구동측 베어링을 구비하는 반구동측 회전자 팬을 포함하여 이루어지는 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 있어서, 하우징의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축의 일단측에 위치하는 구동측 베어링과 구동측 회전자 팬 사이에 형성되는 제1 냉각유로와; 하우징의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축의 타일단측에 위치하는 반구동측 베어링과 반구동측 회전자 팬 사이에 형성되는 제2 냉각유로; 를 포함하여 이루어져, 회전자와 베어링 부분에도 냉각 공기를 유입시키도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 있어서, 상기 제1 냉각유로는 구동측 베어링과 구동측 회전자 팬 일측으로는 제1 공기 유입구가 형성되고, 상기 구동측 베어링과 구동측 회전자 팬의 타 일측으로는 유입된 공기를 배출하는 제1 공기 배출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 있어서, 상기 하우징과 고정자 사이에는 고정자 유로가 형성되고, 상기 제1 냉각유로를 통해 유입된 냉각 공기의 일부는 상기 고정자 유로를 통해 반구동측에 위치하는 상기 제2 냉각유로로 흐르는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 있어서, 상기 제2 냉각유로는 상기 반구동측 베어링과 반구동측 회전자 팬 일측으로는 제2 공기 유입구가 형성되고, 상기 반구동측 베어링과 반구동측 회전자 팬의 타 일측으로는 제2 공기 배출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전폐형 견인 전동기를 구비하는 철도차량을 더 제공한다.
이상에서와 같이 본 발명은 철도차량용 전폐형 견인 전동기의 내부 회전자와 베어링 사이에 유로를 형성하여 베어링과 회전자 부분에도 냉각 공기를 유입시킴으로써, 동일 냉각팬 기준으로 전동기의 크기를 증가시키지 않고 냉각 공기의 접촉 면적을 넓혀 냉각 효율을 월등히 높이는 효과가 있다.
도 1은 종래의 철도차량용 전폐형 견인 전동기의 제1 유로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 철도차량용 전폐형 견인 전동기의 제2 유로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도차량용 전폐형 견인 전동기의 사시도이다.
도 4는 도 3의 우측면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선 요부 단면도로서 본 발명에 따른 철도차량용 전폐형 견인 전동기의 제1 냉각유로를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 B-B선 요부 단면도로서 본 발명에 따른 철도차량용 전폐형 견인 전동기의 제2 냉각유로를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 제1 냉각유로의 공기 유입구와 공기 배출구를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 제1 냉각유로의 공기 유입구와 공기 배출구를 좀 더 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 철도차량용 전폐형 견인 전동기의 배면 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 철도차량용 전폐형 견인 전동기의 배면측에 위치하는 제2 냉각유로의 일측으로 하우징 측면 커버를 형성한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 제1 냉각유로를 통해 이동하는 냉각 공기의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 제2 냉각유로를 통해 이동하는 냉각 공기의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 고정유로를 통해 이동하는 냉각 공기의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 철도차량용 전폐형 견인 전동기(200)는 제1 냉각유로(210)와 제2 냉각유로(220)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 냉각유로(210)는 하우징(230)의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축(240)의 일단측에 위치하는 구동측 베어링(251)과 구동측 회전자 팬(261) 사이에 형성된다.
또, 상기 제1 냉각유로(210)는 상기 구동측 베어링(251)과 구동측 회전자 팬(261) 일측으로는 상기 구동측 회전자 팬(261)이 회전하면서 흡입되는 공기의 유입을 위한 제1 공기 유입구(211)가 형성되고, 상기 구동측 베어링(251)과 구동측 회전자 팬(261)의 타 일측으로는 유입된 공기를 배출하는 제1 공기 배출구(212)가 형성된다.
또한, 상기 하우징(230)과 고정자(270) 사이에는 고정자 유로(280)가 형성된다.
그리고, 상기 제1 냉각유로(210)의 공기 유입구(211)를 통해 유입된 냉각 공기의 일부는 상기 공기 배출구(212) 뿐만 아니라 상기 고정자 유로(280)를 통해 반구동측에 위치하는 상기 제2 냉각유로(220)로 흐르게 된다.
여기서, 상기 고정자 유로(280)로 유입된 냉각 공기의 일부는 상기 제2 냉각 유로(220)로 유입되고, 일부는 하우징(230)의 외부로 배출된다.
상기 제2 냉각유로(220)는 하우징(230)의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축(240)의 타일단측에 위치하는 반구동측 베어링(252)과 반구동측 회전자 팬(262) 사이에 형성된다.
또, 상기 제2 냉각유로(220)는 상기 반구동측 베어링(252)과 반구동측 회전자 팬(262) 일측으로는 상기 고정자 유로(280)를 통해 유입되는 공기의 유입을 위한 제2 공기 유입구(221)가 형성되고, 상기 반구동측 베어링(252)과 반구동측 회전자 팬(262)의 타 일측으로는 유입된 공기를 배출하는 제2 공기 배출구(222)가 형성된다.
또한, 상기 제2 냉각유로(220)가 형성된 반구동측 회전자 팬(262)이 위치하는 하우징(230)의 일측면으로는 상기 고정자 유로(280)를 통해 유동하는 냉각 공기가 제2 냉각유로(220)로 원활하게 유입 및 배출될 수 있도록 하우징 측면 커버(231)가 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 전폐형 견인 전동기(200)는 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축(240)과, 상기 회전축(240)의 외측으로 형성되고 양측으로 돌출 형성되는 코일 엔드부(270a)를 구비하는 고정자(270)와, 상기 회전축(240)의 일단 외측에 결합되는 구동측 베어링(251)을 구비하는 구동측 회전자 팬(261)과, 상기 회전축(240)의 타일단 외측에 결합되는 반구동측 베어링(252)을 구비하는 반구동측 회전자 팬(262)을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 상기 전폐형 견인 전동기(200)를 구비하는 철도차량(미도시)을 더제공한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 철도차량용 전폐형 견인 전동기의 동작시 냉각 공기의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 철도차량용 전폐형 견인 전동기를 구동시키기 위해 전원을 인가하면 내부 중앙에 위치한 회전축(240))이 고속으로 회전하게 된다.
이와 같이 전폐형 견인 전동기(200)가 계속 구동하게 되면 고정자(270)인 코일 엔드부(270a)에 열을 발생시켜 내부의 온도가 상승하게 되므로 이렇게 상승된 온도를 냉각시켜야만 전폐형 견인 전동기(200)는 계속 고출력을 유지할 수 있다.
이때, 도 11 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 구동측 회전자 팬(261)이 회전하면서 외부 공기가 흡입되고, 흡입된 외부 공기의 일부는 제1 냉각유로(210)의 제1 공기 유입구(211)를 통해 유입되어 상기 구동측 베어링(251)과 구동측 회전자 팬(261) 사이를 통과하여 제1 공기 배출구(212)로 배출되면서 회전자 부분과 구동측 베어링(251)을 냉각하게 된다.
계속해서, 상기 제1 냉각유로(210)의 제1 공기 유입구(211)를 통해 유입되는 외부 냉각 공기의 일부는 상기 고정자 유로(280)로 유입되어 일부는 상기 제2 냉각 유로(220)로 유입되고, 일부는 하우징(230)의 외부로 배출된다.
그리고, 상기 제2 냉각유로(220)의 제2 공기 유입구(221)로 유입된 외부 냉각 공기는 상기 반구동측 베어링(252)을 순회하면서 회전자 부분과 반구동측 베어링(252)을 냉각한 후 제2 공기 배출구(222)를 통해 외부로 배출된다.
따라서, 본 발명에 따른 철도차량용 전폐형 견인 전동기는 제1 냉각유로와 제2 냉각유로를 형성하여 회전자와 베어링 부분에도 냉각 공기를 유입시킴으로써, 동일 냉각팬 기준으로 전동기의 크기를 증가시키지 않고 냉각 공기의 접촉 면적을 넓혀 냉각 효율을 월등히 높일 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
200 : 철도차량용 전폐형 견인 전동기 210 : 제1 냉각유로
211 : 제1 공기 유입구 212 : 제1 공기 배출구
220 : 제2 냉각유로 221 : 제2 공기 유입구
222 : 제2 공기 배출구 230 : 하우징
231 : 하우징 측면 커버 240 : 회전축
251 : 구동측 베어링 252 : 반구동측 베어링
261 : 구동측 회전자 팬 262 : 반구동측 회전자 팬
270 : 고정자 270a : 코일 엔드부
280 : 고정자 유로

Claims (5)

  1. 하우징의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축과, 상기 회전축의 외측으로 결합되어 회전동작하는 회전자 철심로 이루어지는 회전자와, 상기 회전자 철심의 외측으로 형성되고 양측으로 돌출 형성되는 코일 엔드부를 구비하는 고정자와, 상기 회전축의 일단 외측에 결합되는 구동측 베어링을 구비하는 구동측 회전자 팬과, 상기 회전축의 타일단 외측에 결합되는 반구동측 베어링을 구비하는 반구동측 회전자 팬을 포함하여 이루어지는 철도차량용 전폐형 견인 전동기에 있어서,
    하우징의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축의 일단측에 위치하는 구동측 베어링과 구동측 회전자 팬 사이에 형성되는 제1 냉각유로와;
    하우징의 내부 중앙에 회전 가능하도록 형성되는 회전축의 타일단측에 위치하는 반구동측 베어링과 반구동측 회전자 팬 사이에 형성되는 제2 냉각유로; 를 포함하여 이루어져,
    회전자와 베어링 부분에도 냉각 공기를 유입시키도록 하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전폐형 견인 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 냉각유로는 구동측 베어링과 구동측 회전자 팬 일측으로는 제1 공기 유입구가 형성되고, 상기 구동측 베어링과 구동측 회전자 팬의 타 일측으로는 유입된 공기를 배출하는 제1 공기 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전폐형 견인 전동기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징과 고정자 사이에는 고정자 유로가 형성되고, 상기 제1 냉각유로를 통해 유입된 냉각 공기의 일부는 상기 고정자 유로를 통해 반구동측에 위치하는 상기 제2 냉각유로로 흐르는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전폐형 견인 전동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 냉각유로는 상기 반구동측 베어링과 반구동측 회전자 팬 일측으로는 제2 공기 유입구가 형성되고, 상기 반구동측 베어링과 반구동측 회전자 팬의 타 일측으로는 제2 공기 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전폐형 견인 전동기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전폐형 견인 전동기를 구비하는 철도차량.
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