KR20150111888A - 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함하는 직결구동방식 전동차용 대차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대차에 고정되는 고정자; 영구자석을 포함하고 차축과 결합되는 회전자; 상기 고정자와 회전자를 감싸는 프레임; 상기 프레임의 양단에서 결합되는 하우징; 상기 차축과 결합되어 레일로부터 오는 진동을 감소시키고, 중량 감소, 이니셔 감소, 응답 특성 개선, 자로(flux path)구조 원활, 열방출 개선 되도록 탄소섬유를 재료로 하는 커플링; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 전동차용 직결구동방식 견인전동기를 제공한다.
프레임의 구조와 커플링과의 안정된 결합 형태 구조 및 경량화는 안전사고 방지 및 견인전동기의 냉각 특성에서 매우 중요하고, 이와 관련되어 견인전동기의 커플링의 재료를 탄소섬유로 구성하여 견인전동기 전체의 중량을 감소시키고 또한 응답속도가 개선되는 효과가 있다.

Description

탄소섬유로 구성된 커플링을 포함하는 직결구동방식 전동차용 대차{A railway vehicles turck equipped with the direct drive in carbon fiber fabric coupling}

본 발명은 전동차용 직결구동방식 견인전동기와 차축을 연결하는 커플링을 포함하는 전동차용 대차에 관한 것으로, 구체적으로는 레일로부터의 전달되는 진동을 저감시키는 커플링을 탄소섬유로 구성하여 견인전동기의 무게를 감소시켜서 차량의 가감속도를 향상시키는 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 전동차용 대차에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량용 대차에 구비되는 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, 차륜과 결합되어 레일로부터의 전달되는 진동을 저감시키는 커플링, 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 직결구동방식 전동차용 대차에 구비되는 견인전동기의 커플링의 무게를 경량화 하여 견인전동기의 무게를 감소시킴으로 차량의 가감속도 향상을 기대 할 수 있는 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 전동차용 대차를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 대차에 고정되는 고정자(200)와 영구자석(120)을 포함하고 차축(10)과 결합되는 회전자(100)와 상기 고정자(200)와 회전자(100)를 감싸는 프레임(400)과 상기 프레임(400)의 양단에서 결합되는 하우징(300)으로 구성된 직결구동방식 견인전동기; 상기 차축(10)과 결합되어 레일로부터 오는 진동을 감소시키고, 중량 감소, 이니셔 감소, 응답 특성 개선, 자로(flux path)구조 원활, 열방출 개선 되도록 탄소섬유를 재료로 하는 커플링(500); 차축 및 차륜을 포함하여 구성되는 전동차용 대차에 있어서, 상기 직결구동방식 견인전동기의 회전자는, 환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장의 로터코어(110)가 차례로 맞붙여 고정 형성되며, 상기 로터코어(110)는 영구자석이 끼워질 수 있는 자석공(111)이 외주면을 따라 내부에 소정 깊이로 형성되며, 상기 영구자석은 로터코어(110)의 외주면 내부에 형성된 상기 자석공(111)에 삽입되며, 상기 로터코어(110)의 중심부에 형성된 중공에 차축(10)이 결합되고; 상기 커플링(500)은 고속 회전시의 떨림이나 잦은 충격에도 내구성이 유지되고, 공기의 유종에서 나오는 공간고조파 발생을 차단하여 소음 발생을 억제하기 위해 열전도율이 높은 합성수지(Resin)를 도포한 후 가열이나 자외선조사로 후처리하여 외곽을 덮으며, 상기 합성수지는 상기 영구자석(120)의 누설 자속의 방지를 위해 자성체인 탄소분말을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 전동차용 대차에 의하면, 프레임의 구조와 커플링과의 안정된 결합 형태 구조 및 경량화는 안전사고 방지 및 견인전동기의 냉각 특성에서 매우 중요하고, 이와 관련되어 견인전동기의 커플링의 재료를 탄소섬유로 구성하여 견인전동기 전체의 중량을 감소시키고 또한 응답속도가 개선되는 효과가 있다.

도 1은 직결구동방식 견인전동기를 구비한 대차의 개략도
도 2는 직결구동방식 견인전동기의 회전자의 단면사시도.
도 3은 직결구동방식 견인전동기의 회전자의 분해 사시도
도 4는 직결구동방식 견인전동기의 고정자의 사시도.
도 5는 직결구동방식 견인전동기의 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 커플링의 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.

직결구동방식 전동차용 대차는 대차에 고정되는 고정자와 영구자석을 포함하고 차축에 끼워지는 회전자로 구성된 직결구동방식 견인전동기와, 직결구동방식 견인전동기의 회전자 및 샤프트와 일체화된 차축 및 차륜, 베어링, 견인전동기의 회전자와 차축을 연결하는 커플링으로 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 커플링(500)과의 조립을 위한 인터페이스 및 냉각 성능의 향상을 고려하여 견고하게 설계된다.

상기 차축(10)을 견인전동기의 축으로 사용하는 직결구동방식은 견인전동기의 내구성 측면에서 문제가 야기될 수 있다. 따라서 상기 차축(10)이 상기 커플링(500)과 결합하여 레일에서 오는 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 그러나 상기 커플링(500)의 재료를 주강품으로 사용한다면 전체 중량이 증가되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에 의한 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 견인전동기는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 커플링(500)의 재료를 강철보다 강도는 10배 강하지만 무게는 4분의 1인 탄소섬유 재료를 사용한다.

이 경우 상기 커플링(500)에 가벼운 탄소섬유 재료를 사용되므로 종래에 주강품으로 사용되는 구성보다 상기 커플링(500)을 포함한 견인전동기 전체의 중량이 감소하여 상기 견인전동기의 가감속 성능의 향상 및 회전 응답 특성이 개선된다.

또한 일 실시예로서, 상기 커플링(500)을 열전도율이 높은 합성수지(Resin)을 도포한 후 가열이나 자외선조사 등 후처리하여 외곽을 덮으면 고속 회전 시에도 떨림이나 잦은 충격을 줄여 높은 내구성을 유지할 수 있고, 공기의 유동에서 나오는 공간고조파 발생을 차단하여 소음 발생을 억제시킬 수 있다.

또한 누설 자속의 방지책으로 상기 합성수지에 자성체인 탄소분말을 포함하여 상기 커플링(500)에 도포함으로서 상기 영구자석(120)에서 나오는 자속 흐름이 유연해 질 수 있어 누설자속 방지효과를 가져 올 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함한 직결구동방식 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 100 : 회전자
110 : 로터코어 111 : 자석공
120 : 영구자석 200 : 고정자
300 : 하우징 400 : 프레임
500 : 커플링

Claims (1)

1. 대차에 고정되는 고정자(200)와 영구자석(120)을 포함하고 차축(10)과 결합되는 회전자(100)와 상기 고정자(200)와 회전자(100)를 감싸는 프레임(400)과 상기 프레임(400)의 양단에서 결합되는 하우징(300)으로 구성된 직결구동방식 견인전동기;
   상기 차축(10)과 결합되어 레일로부터 오는 진동을 감소시키고, 중량 감소, 이니셔 감소, 응답 특성 개선, 자로(flux path)구조 원활, 열방출 개선 되도록 탄소섬유를 재료로 하는 커플링(500);
   차축 및 차륜을 포함하여 구성되는 전동차용 대차에 있어서,
   상기 직결구동방식 견인전동기의 회전자는,
   환 형상의 소정 두께를 갖는 낱장의 로터코어(110)가 차례로 맞붙여 고정 형성되며,
   상기 로터코어(110)는 영구자석이 끼워질 수 있는 자석공(111)이 외주면을 따라 내부에 소정 깊이로 형성되며,
   상기 영구자석은 로터코어(110)의 외주면 내부에 형성된 상기 자석공(111)에 삽입되며,
   상기 로터코어(110)의 중심부에 형성된 중공에 차축(10)이 결합되고;
   상기 커플링(500)은,
   고속 회전시의 떨림이나 잦은 충격에도 내구성이 유지되고, 공기의 유종에서 나오는 공간고조파 발생을 차단하여 소음 발생을 억제하기 위해 열전도율이 높은 합성수지(Resin)를 도포한 후 가열이나 자외선조사로 후처리하여 외곽을 덮으며,
   상기 합성수지는, 상기 영구자석(120)의 누설 자속의 방지를 위해 자성체인 탄소분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유로 구성된 커플링을 포함하는 직결구동방식 전동차용 대차.

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