KR20150025806A - 탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대차에 고정되는 고정자; 영구자석을 포함하는 회전자;를 포함하여 구성되는 전동차용 직결구동방식 견인전동기에 있어서, 상기 회전자는 환 형상의 낱장의 로터코어가 차례로 맞붙여 고정 형성되고, 상기 로터코어에는 상기 영구자석이 끼워질 수 있는 자석공이 외주면을 따라 내부에 형성되고, 상기 영구자석이 상기 자석공에 삽입된 후 상기 자석공과 영구자석의 간극에 열전도율이 높은 합성수지(Resin)가 채워지는 것을 특징으로 하는 전동차용 직결구동방식 견인전동기의 회전자를 제공한다.
따라서 회전자의 통풍구조 및 영구자석과의 결합 형태를 최적의 조건으로 구성하기 위한 적절한 방법이며, 상기한 바와 같이 회전자의 구조와 영구자석과의 안정된 결합 형태 구조는 안전사고 방지 및 견인전동기의 냉각 특성에서 매우 중요한 효과를 가져온다.

Description

탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기{Resin sealing permanent magnets in a railway car direct drive motor}

본 발명은 전동차용 직결구동방식 견인전동기의 영구자석에 관한 것으로, 구체적으로는 영구자석이 매입되는 견인전동기 회전자의 자석공에 탄소분말을 포함하는 수지재료를 이용하여 영구자석을 고정하므로 누설 자속을 최소화하도록 구성한 탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량용 견인전동기는 동력전달장치를 통해 바퀴의 구동축을 구동시키는 간접구동 방식의 견인전동기와, 바퀴의 구동축에 결합하여 구동축을 직접 구동시키는 직결구동 방식의 견인전동기로 분류된다.

이 경우, 철도차량용 직결구동 방식의 견인전동기는 대차에 설치되어 바퀴의 구동축을 구동시키는 전동기로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 대차에 고정되는 고정자와, 차축에 끼워지는 직결구동 견인전동기의 영구자석을 포함한 회전자와, 직결구동 견인전동기의 회전자 및 샤프트와 일체화된 차륜, 베어링 및 견인전동기가 취부되는 대차로 구성되어 다수의 로터코어로 구성된 회전자의 외주면의 자석공(11)에 영구자석(12)을 매설하고, 고정자의 내주면에 코일을 배치한 구조를 구비한다.

이러한 직결구동방식 견인전동기는 견인전동기의 회전속도를 변속하여 차축에 전달하는 기어가 없고, 직접 구동하기 때문에 저속에서 대토크의 발생 및 저진동, 저소음, 저발열일 것을 상당히 요구하고 있다.

따라서 상기 영구자석(12)을 회전자의 로터코어 자석공(11)에 매입설치 시 간극에서의 떨림 현상 및 고속회전 시의 위치 이탈 등의 누설 자속과 감자 가능성이 예측 되는 상황을 미연에 방지 하고 상기한 요구조건을 만족하기 위한 재료 및 구조의 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명된 것으로, 그 목적은 전동차용 직결구동방식 견인전동기의 회전자에 영구자석을 삽입하여 조립한 후 탄소분말을 포함한 합성수지를 이용하여 결합하므로 영구자석의 누설 자속의 방지하고, 자로 구성 형태(flux path)에 영향을 미치지 않으면서도 최적의 토크를 발생하기 위한 탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 대차에 고정되는 고정자; 영구자석을 포함하는 회전자;를 포함하여 구성되는 전동차용 직결구동방식 견인전동기에 있어서, 상기 회전자는 환 형상의 낱장의 로터코어가 차례로 맞붙여 고정 형성되고, 상기 로터코어에는 상기 영구자석이 끼워질 수 있는 자석공이 외주면을 따라 내부에 형성되고, 상기 영구자석이 상기 자석공에 삽입된 후 상기 자석공과 영구자석의 간극에 열전도율이 높은 합성수지(Resin)가 채워지는 것을 특징으로 한다.

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

또한 상기 탄소분말은 상기 자석공과 영구자석의 극세 공간을 메울 수 있도록 그 크기가 나노미터인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 합성수지는 상기 탄소분말의 위치 편중이나 뭉침 효과를 방지를 위해 탄소섬유을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기에 의하면, 회전자의 통풍구조 및 영구자석과의 결합 형태를 최적의 조건으로 구성하기 위한 적절한 방법이며, 상기한 바와 같이 회전자의 구조와 영구자석과의 안정된 결합 형태 구조는 안전사고 방지 및 견인전동기의 냉각 특성에서 매우 중요한 효과를 가져온다.

도 1은 직결구동방식 견인전동기의 개략도.
도 2는 직결구동방식 견인전동기의 회전자 및 영구자석의 사시도.
도 3은 직결구동방식 견인전동기의 로터코어의 사시도.
도 4는 직결구동방식 견인전동기의 자석공과 영구자석이 결합된 모습의 개략도.

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.

철도차량용 직결구동 방식의 견인전동기는 상기한 바와 같이 대차에 설치되어 바퀴의 구동축을 구동시키는 전동기로서 대차에 고정되는 고정자와, 영구자석을 포함하고 차축에 끼워지는 회전자와, 직결구동 견인전동기의 회전자 및 샤프트와 일체화된 차륜과 차축, 베어링 및 견인전동기가 취부되는 대차로 구성된다.

이 경우 도 3에 도시된 바와 같이 상기 회전자는 환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장의 로터코어(10)가 차례로 맞붙여 고정 형성된다.

상기 로터코어(10)는 영구자석이 끼워질 수 있는 자석공(11)이 외부에 돌출 형성되지 않고 내부에 형성되어 있다.

상기 자석공(11)은 상기 로터코어(10) 외주면을 따라 내부의 소정 깊이에 형성되어 있어 상기 로터코어(10) 외주면 내부에 형성된 상기 자석공(11)으로 영구자석(12)이 삽입되고, 상기 영구자석(12)이 로터코어(10)의 내부에 위치할 수 있게 되어 상기 영구자석(12)의 이탈이 방지되고, 내구력을 높일 수 있게 된다.

상기 로터코어(110)의 중심에는 중공이 형성되어 중공 내부에 차축이 삽입되어 차축과 함께 고정되어 회전되거나, 또는 고정자가 위치될 수 있다.

이때, 상기 고정자는 전류를 공급받아 자력을 발생하고, 상기 영구자석(120)을 포함한 로터코어(10)로 이루어진 회전자의 자력과 상호작용하여 전체적으로 상기 견인전동기에 토크를 전달 할 수 있게 된다.

일반적으로 상기 다수의 로터코어(10)로 형성된 회전자에 삽입되는 영구자석(12)은 상기 자석공(11)에 위치에 압입되어 조립되며, 상기 자석공(11)에 조립될 때 소결합금으로 된 영구자석(12)이 원활하게 조립될 수 있도록, 상기 자석공(11)은 어느 정도 간극이 있도록 설계 형성된다. 이 후 상기 영구자석(12)의 삽입되면 위치 이탈을 방지하기 위하여 접착제 등으로 고정 시킨다.

그러나 이는 상기 자석공(11)과 영구자석(12) 사이에 에어 갭이 발생하고 접착제는 비자성체로 구성되어, 발열제거의 낮은 효율성 및 누설 자속이 발생되는 구조다.

따라서 상기한 문제점을 예방하기 위해서 본 발명은 일 실시예로서, 상기 자석공(11)과 영구자석(12)을 간극에 열전도율이 높은 합성수지(Resin)을 채운 후 가열이나 자외선조사 등 후처리를 통하여 공간을 채우면, 고속 회전 시에도 떨림이나 잦은 충격을 줄여 높은 내구성을 유지할 수 있고, 간극사이의 공기의 유동에서 나오는 공간고조파 발생을 차단하여 소음 발생을 억제시킬 수 있다..

또한 상기 고정자의 권선에서 발생하는 열을 흡수한 영구자석에 상기 열전도율이 높은 합성수지를 채워서 고정함으로써 넓은 표면적을 갖고 열을 배출할 수 있어, 고온에 의한 상기 영구자석의 감자가능성을 줄일 수 있는 효과가 있다.

다른 실시예로서 도 4에 도시된 바와 같이, 누설 자속의 방지책으로 상기 합성수지에 자성체인 탄소분말을 포함하여 상기 자석공(11)과 영구자석(12)에 채움으로서 자속 흐름이 유연해 질 수 있어 누설자속 방지효과를 가져 올 수 있다.

다른 실시예로서, 극세 공간이 형성되어 있는 상기 자석공(11)과 영구자석(12) 사이의 간극 공간을 메울 수 있도록 나노 미터급으로 크기를 줄인 탄소분말을 포함한 합성수지를 간극에 채워 미세한 틈에서 발생하는 누설 자속을 방지 할 수 있는 효과가 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 탄소분말을 포함한 합성수지에 탄소섬유를 함유하여 상기 탄소분말의 위치 편중이나 뭉침 효과를 방지하고, 상기 영구자석(12)의 위치 이탈방지 및 내구성 증진의 효과가 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기의 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 : 로터코어 11 : 자석공
12 : 영구자석

Claims (4)

1. 대차에 고정되는 고정자; 영구자석(12)을 포함하는 회전자;를 포함하여 구성되는 전동차용 직결구동방식 견인전동기에 있어서,
   상기 회전자는 환 형상의 낱장의 로터코어(10)가 차례로 맞붙여 고정 형성되고,
   상기 로터코어(10)에는 상기 영구자석(12)이 끼워질 수 있는 자석공(11)이 외주면을 따라 내부에 형성되고,
   상기 영구자석(12)이 상기 자석공(11)에 삽입된 후 상기 자석공(11)과 영구자석(12)의 간극에 열전도율이 높은 합성수지(Resin)가 채워지는 것을 특징으로 하는 탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 합성수지는, 상기 영구자석의 누설 자속의 방지를 위해 자성체인 탄소분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 탄소분말은, 상기 자석공(11)과 영구자석(12)의 극세 공간을 메울 수 있도록 그 크기가 나노미터인 것을 특징으로 하는 탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 합성수지는, 상기 탄소분말의 위치 편중이나 뭉침 효과를 방지를 위해 탄소섬유을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소분말을 포함하는 수지재료로 고정된 영구자석을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기.

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