KR20150025809A - 탄소섬유로 구성된 하우징을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대차에 고정되는 고정자; 영구자석을 포함하고 차축과 결합되는 회전자; 상기 고정자와 회전자를 감싸는 프레임; 상기 프레임의 양단에서 결합되고, 중량 감소, 이니셔 감소, 응답 특성 개선, 자로(flux path)구조 원활, 열방출 개선 되도록 탄소섬유를 재료로 하는 하우징;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유로 구성된 하우징을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기를 제공한다.
회전자의 통풍구조 및 차축과의 결합 형태를 최적의 조건으로 구성하기 위한 적절한 방법이며, 상기한 바와 같이 회전자의 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

탄소섬유로 구성된 하우징을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기{A carbon fiber fabric housing in A railway car direct drive motor}

본 발명은 전동차용 직결구동방식 견인전동기의 회전자 및 고정자를 감싸는 프레임과 결합되는 하우징에 관한 것으로, 구체적으로는 탄소섬유로 구성된 하우징을 결합하여 견인전동기의 무게를 감소시켜 차량의 가감속도를 향상시키는 탄소섬유로 구성된 하우징을 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 1에 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 회전자의 외주면에 영구 자석을 매설하고, 고정자의 내주면에 코일을 배치한 구조를 구비한다.

이러한 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, 그 목적은 전동차용 직결구동방식 견인전동기의 하우징의 무게를 경량화 하여 견인전동기의 무게를 감소시킴으로 차량이 가감속도 향상을 기대 할 수 있는 탄소섬유로 구성된 하우징을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 대차에 고정되는 고정자; 영구자석을 포함하고 차축과 결합되는 회전자; 상기 고정자와 회전자를 감싸는 프레임; 상기 프레임의 양단에서 결합되고, 중량 감소, 이니셔 감소, 응답 특성 개선, 자로(flux path)구조 원활, 열방출 개선 되도록 탄소섬유를 재료로 하는 하우징;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고정자에 결합된 상기 하우징이 상기 고정자와의 결합 간극에 열전도율이 높은 합성수지(Resin)가 도포되는 것을 특징으로 한다.

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

본 발명의 탄소섬유로 구성된 하우징을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기에 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 5는 본 발명에 의한 하우징의 사진.
도 6은 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.

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 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 회전자(100)는 환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장의 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 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(300)은 일반적으로 견인전동기의 상기 회전자의 외부를 감싼 프레임(400)의 양단에 결합되고, 차륜과 함께 회전되도록 결합되는 커플링과의 조립을 위한 인터페이스 및 냉각 성능의 향상을 고려하여 견고하게 설계된다.

본 발명에 의한 탄소섬유로 구성된 하우징을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기은 도 6에 도시된 바와 같이 상기 하우징(300)의 재료를 강철보다 강도는 10배 강하지만 무게는 4분의 1인 탄소섬유 재료를 사용한다.

이 경우 상기 하우징(300)에 가벼운 탄소섬유 재료를 사용되므로 상기 하우징(300)을 포함한 견인전동기 전체의 중량이 감소하여 상기 견인전동기의 가감속 성능의 향상 및 회전 응답 특성이 개선된다.

또한 상기 하우징(300)의 재료를 기존의 비자성재료 계통에서 탄소계열로 변화시킴으로써 자로(flux path) 구조가 원활해지고 열 방출도 개선되는 효과가 있다.

일반적으로 종래에는 상기 하우징(300)을 상기 프레임(400)에 결합 시 원활하게 조립될 수 있도록 볼트 등의 결합 수단 등으로 고정 시켰다. 그러나 이는 상기 하우징(300)과 상기 프레임(400) 사이에 간극이 발생하여 발열제거의 낮은 효율성 및 누설 자속이 발생되는 구조다.

따라서 상기한 문제점을 예방하기 위해서 본 발명은 일 실시예로서, 상기 하우징(300)과 프레임(400)을 간극에 열전도율이 높은 합성수지(Resin)을 도포한 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 누설 자속의 방지책으로 상기 합성수지에 자성체인 탄소분말을 포함하여 상기 하우징(300)과 프레임(400)에 도포 함으로서 자속 흐름이 유연해 질 수 있어 누설자속 방지효과를 가져 올 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 탄소섬유로 구성된 하우징을 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 : 차축 100 : 회전자
110 : 로터코어 111 : 자석공
120 : 영구자석 200 : 고정자
300 : 하우징 400 : 프레임

Claims (3)

1. 대차에 고정되는 고정자(200);
   영구자석(120)을 포함하고 차축(10)과 결합되는 회전자(100);
   상기 고정자(200)와 회전자(100)를 감싸는 프레임(400);
   상기 프레임(400)의 양단에서 결합되고, 중량 감소, 이니셔 감소, 응답 특성 개선, 자로(flux path)구조 원활, 열방출 개선 되도록 탄소섬유를 재료로 하는 하우징(300);
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유로 구성된 하우징을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기.
2. 청구항 2에 있어서,
   상기 프레임(400)에 결합된 상기 하우징(300)이 상기 프레임(400)와의 결합 간극에 발열 제거를 위해 열전도율이 높은 합성수지(Resin)가 도포되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유로 구성된 하우징을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기.
3. 청구항 3에 있어서,
   상기 합성수지는, 상기 영구자석(120)의 누설 자속의 방지를 위해 자성채인 탄소분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유로 구성된 하우징을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기.

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