KR20180003821A - 각륜 구동 전동기를 포함한 철도차량용 대차 - Google Patents

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김재원
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류준형
이장무
조인호
박현준
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Abstract

각륜 구동 전동기를 포함한 철도차량용 대차는 좌측 및 우측 프레임들, 제1 축 및 제2 축, 좌측 및 우측 제1 차륜들, 좌측 및 우측 제2 차륜들, 좌측 및 우측 제1 전동기들, 및 좌측 및 우측 제2 전동기들을 포함한다. 상기 좌측 및 우측 프레임들은 제1 방향으로 연장된다. 상기 제1 축 및 제2 축은 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장되며, 양 끝단이 상기 좌측 및 우측 프레임들에 각각 고정된다. 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들은 상기 제1 축의 양 끝단에 위치하여 상기 제1 축에 대하여 회전한다. 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들은 상기 제2 축의 양 끝단에 위치하여 상기 제2 축에 대하여 회전한다. 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들은 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들 각각에 독립적으로 구동력을 전달한다. 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들은 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 각각에 독립적으로 구동력을 전달한다.

Description

각륜 구동 전동기를 포함한 철도차량용 대차{BOGIE HAVING INDIVIDUALLY DRIVING WHEEL MOTOR}
본 발명은 각륜 구동 전동기를 포함한 철도차량용 대차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차륜 각각의 회전수를 독립적으로 제어하며 조향할 수 있는 각륜 구동 전동기를 포함한 철도차량용 대차에 관한 것이다.
종래의 철도 차량의 대차에서의 차륜 구동 방식과 관련하여는 도 1에 도시된 바와 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 철도 차량의 대차(10)에서는 한 쌍의 좌측 및 우측 프레임들(21, 31) 사이에 전후로 구동축(41)이 연장되며, 상기 구동축(41)의 양 끝단에 두 쌍의 좌측 및 우측 차륜들(22, 32)이 고정되는데, 상기 좌측 및 우측 차륜들(22, 32) 한 쌍은 각각 하나의 구동모터(42)에 의해 구동되어 상기 하나의 구동축(41)에 의해 동시에 회전하는 구조를 가진다.
즉, 좌측 차륜부(20) 및 우측 차륜부(30)는 같은 속도로 동시에 회전하는 구조로서, 특히 도 1에 도시된 바와 같은 곡선 구간의 레일부(11)에서는 좌측 차륜부(20) 및 우측 차륜부(30)의 속도차이에 의해 한쪽 차륜이 끌려가는 문제가 발생하며, 이에 따라 주행능력 및 동적 안전성이 저하되는 것은 물론, 차륜과 레일 사이의 마찰이 발생하여 소음이나 분진이 발생하는 문제가 있었다.
나아가, 도시하지는 않았으나 종래 대차(10)에 적용되는 유도전동기의 경우 외부공기 냉각방식이 일반적이며, 이에 따라 외부로부터 이물질이 유입되어 유지 보수가 빈번하게 요구되며 내구성이 저하되는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0076491호 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0103812호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 곡선 구간에서의 주행능력 및 동적 안전성을 향상시키며, 외부로부터의 이물질 유입을 차단하여 내구성을 향상시킨 각륜 구동 전동기를 포함한 철도차량용 대차에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 철도차량용 대차는 좌측 및 우측 프레임들, 제1 축 및 제2 축, 좌측 및 우측 제1 차륜들, 좌측 및 우측 제2 차륜들, 좌측 및 우측 제1 전동기들, 및 좌측 및 우측 제2 전동기들을 포함한다. 상기 좌측 및 우측 프레임들은 제1 방향으로 연장된다. 상기 제1 축 및 제2 축은 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장되며, 양 끝단이 상기 좌측 및 우측 프레임들에 각각 고정된다. 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들은 상기 제1 축의 양 끝단에 위치하여 상기 제1 축에 대하여 회전한다. 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들은 상기 제2 축의 양 끝단에 위치하여 상기 제2 축에 대하여 회전한다. 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들은 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들 각각에 독립적으로 구동력을 전달한다. 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들은 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 각각에 독립적으로 구동력을 전달한다.
일 실시예에서, 좌측으로 굽은 레일부를 진행하는 경우, 상기 좌측 제1 및 제2 차륜들은 상기 우측 제1 및 제2 차륜들보다 적은 구동력을 전달받을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 상기 좌측 및 우측 프레임들에 각각 고정되어 회전하지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 축은 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들 및 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들을 관통하며, 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들 및 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들과 베어링으로 연결되며, 상기 제2 축은 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들을 관통하며, 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들과 베어링으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들 각각은, 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 각각에 고정되어 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들과 동시에 회전하는 회전자, 상기 회전자와 마주하며 고정된 고정자, 및 상기 회전자의 내면에 고정되어 상기 회전자의 회전에 따라 회전하며, 상기 고정자와 마주하는 영구자석을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전자는, 원통형 프레임 형상으로 일 끝단의 원주면이 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 각각에 고정되며, 내부에 상기 고정자가 수납될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고정자는, 상기 제1 축 및 상기 제2 축 각각의 외경을 따라 상기 제1 축 및 제2 축 각각에 고정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영구자석은, 복수개가 상기 회전자의 내면에 일정 간격으로 고정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들 각각은, 내부에 공간부를 형성하는 프레임부, 및 상기 프레임부의 상부에 위치하는 방열부를 포함하며, 상기 프레임부와 상기 방열부 사이에서 내부 공기가 순환할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프레임부의 공간부에는, 구동력을 발생시키는 회전자, 영구자석 및 고정자가 수납되며, 상기 방열부의 내부 및 외부에는 제1 및 제2 방열핀들이 각각 배열될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프레임부 및 상기 방열부 사이에서 순환하는 내부 공기는, 상기 회전자 및 영구자석 사이와 상기 영구자석 및 상기 고정자 사이를 통과할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 두 쌍의 차륜들을 포함하는 대차에서, 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 좌측 및 우측 제2 차륜들이 각각 독립적으로 구동되므로 특히, 곡선 구간에서 주행성능 및 동적 안전성을 향상시킬 수 있으며, 차륜과 레일 사이의 마찰이 최소화되어 소음이나 분진이 발생을 억제할 수 있다.
특히, 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 좌측 및 우측 제2 차륜들 각각에 전동기들이 구비되며, 제1 축 및 제2 축은 프레임부에 고정되어 회전하지 않은 상태에서 전동기에 각각 연결된 차륜이 회전하는 구조로 설계되어, 상대적으로 단순한 설계로 각각의 차륜들이 독립적으로 회전할 수 있는 독립 구동을 구현할 수 있다.
또한, 상기 전동기들 각각은, 기어나 커플링 등과 같은 종래의 구동력 발생을 위한 구조가 생략되며, 영구자석을 포함하는 자기력을 구동력을 발생하므로, 구동력의 손실이 적으며, 상대적으로 간단한 설계로 크기와 무게를 최소화하도록 설계될 수 있으며, 소음이나 유지보수의 노력이 감소하는 장점이 있다.
나아가, 상기 전동기들은 미세한 동력 제어를 수행할 수 있어, 곡선 구간에서의 레일부의 곡률을 고려한 차륜의 회전수 제어를 정밀하게 수행할 수 있다.
또한, 상기 전동기들 각각은 이른바, 전폐구조 방식으로 내부의 공간부에서 공기가 순환하며 냉각되도록 설계되어, 외부의 먼지나 이물질의 유입을 방지하여 내구성을 향상시키며 유지보수의 노력을 줄일 수 있고, 전동기의 열발생을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 철도차량용 대차를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 철도차량용 대차 및 곡선 구간을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 철도차량용 대차를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 2의 I-I'을 절단한 단면도이다.
도 5는 도 2의 전동기의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 2의 철도차량용 대차에 적용되는 전폐구조를 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 철도차량용 대차 및 곡선 구간을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 철도차량용 대차를 도시한 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 철도차량용 대차(100)는, 철도차량의 대차로 사용되는 것으로, 일반대차 및 관절대차 모두에 적용될 수 있으며, 기타 다양한 종류의 대차 구조에 적용될 수 있다.
상기 철도차량용 대차(100)는 한 쌍의 좌측 및 우측 프레임들(210, 310), 제1 축(130), 제2 축(140), 가로 지지부(110), 센터 피봇(120), 좌측 및 우측 제1 차륜들(220, 320), 좌측 및 우측 제2 차륜들(230, 330), 좌측 및 우측 제1 전동기들(240, 340), 좌측 및 우측 제2 전동기들(250, 350), 좌측 스프링(260) 및 우측 스프링(360)을 포함한다.
구체적으로, 상기 좌측 및 우측 프레임들(210, 310)은 제1 방향(X)으로 연장되며, 상기 제1 방향(X)에 수직인 제2 방향(Y)으로 소정거리 이격된다.
상기 좌측 및 우측 프레임들(210, 310)은 철도차량(미도시)에 고정되는 고정 프레임으로서, 상기 철도차량용 대차(100)의 구성요소들이 고정된다.
상기 제1 축(130)은 상기 제2 방향으로 연장되며, 양 끝단은 상기 좌측 및 우측 프레임들(210, 310)의 전면부에 각각 고정된다.
한편, 상기 제2 축(140)은 상기 제1 축(130)과 평행하게 연장되며, 양 끝단은 상기 좌측 및 우측 프레임들(210, 310)의 후면부에 각각 고정된다.
이 경우, 상기 제1 축(130) 및 상기 제2 축(140)은 상기 좌측 및 우측 프레임들(210, 310)에 회전하지 않도록 고정된다. 즉, 상기 제1 축(130) 및 상기 제2 축(140)은 회전축이 아니며 상기 제2 방향으로 연장된 고정축에 해당된다.
상기 가로 지지부(110)는 상기 제2 방향으로 연장되며, 상기 제1 축 (130) 및 상기 제2 축(140)의 사이에 위치하여 상기 좌측 및 우측 프레임들(210, 310)에 양 끝단이 각각 고정된다.
상기 가로 지지부(110)의 중앙에는 상부방향으로 센터 피봇(120)이 고정되어 철도차량(미도시)에 고정되며, 상기 가로 지지부(110)의 양 끝단에는 각각 좌측 스프링(260) 및 우측 스프링(360)이 상부방향으로 고정된다.
상기 좌측 및 우측 스프링들(260, 360)은 예를 들어, 공기 스프링일 수 있으며, 상기 철도차량에 인가되는 충격이나 진동을 흡수한다. 이 경우, 상기 좌측 및 우측 스프링들(260, 360)은 도시된 것과 다른 구조의 충격이나 진동 흡수 구조로 변형 설계될 수 있음은 자명하다.
상기 좌측 제1 차륜(220)은 상기 제1 축(130)의 좌측 끝단에 연결되며, 상기 우측 제1 차륜(320)은 상기 제1 축(130)의 우측 끝단에 연결된다.
마찬가지로, 상기 좌측 제2 차륜(230)은 상기 제2 축(140)의 좌측 끝단에 연결되며, 상기 우측 제2 차륜(330)은 상기 제2 축(140)의 우측 끝단에 연결된다.
한편, 상기 좌측 제1 전동기(240)는 상기 제1 축(130) 상에서 상기 좌측 제1 차륜(220)에 연결되며, 상기 좌측 제1 차륜(220)으로만 구동력을 제공한다.
또한, 상기 우측 제1 전동기(340)는 상기 제1 축(130) 상에서 상기 우측 제1 차륜(320)에 연결되며, 상기 우측 제1 차륜(320)으로만 구동력을 제공한다.
마찬가지로, 상기 좌측 제2 전동기(250)는 상기 제2 축(140) 상에서 상기 좌측 제2 차륜(230)에 연결되며, 상기 좌측 제2 차륜(230)으로만 구동력을 제공한다.
또한, 상기 우측 제2 전동기(350)는 상기 제2 축(140) 상에서 상기 우측 제2 차륜(330)에 연결되며, 상기 우측 제2 차륜(330)으로만 구동력을 제공한다.
이상과 같이, 상기 차륜들(220, 230, 320, 330) 각각에는 상기 전동기들(240, 250, 340, 350) 각각이 연결되어, 구동력을 독립적으로 제공한다. 이에 따라, 상기 각각의 차륜들(220, 230, 320, 330)은 독립적으로 회전수가 제어되며, 레일부(11)가 곡선인 곡선구간에서 보다 서로 다른 회전수 제어를 통해 효과적인 조향성능을 발휘하여 곡선주행성능이 향상되고, 동적 안전성도 향상되며, 차륜과 레일부(11) 상의 마찰을 줄일 수 있어 소음 및 분진 등의 발생을 방지할 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 레일부(11)가 좌측으로 굽은 경우, 상기 좌측 제1 및 제2 차륜들(220, 230)은 상기 우측 제1 및 제2 차륜들(320, 330)보다 적은 구동력을 전달받아, 상대적으로 적은 회전수로 회전하도록 제어될 수 있다.
도 4는 도 2의 I-I'을 절단한 단면도이다. 도 5는 도 2의 전동기의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 상기 제1 축(130)을 따라 절단된 단면을 도시하였으나, 상기 제2 축(140)을 따라 절단된 단면도 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 좌측 제2 차륜(230), 좌측 제2 전동기(250), 우측 제2 차륜(330) 및 우측 제2 전동기(350)에 대한 설명은 생략한다.
마찬가지로, 도 5에서는 좌측 제1 전동기(240)의 내부 구조만을 도시하였으나, 우측 제1 전동기(340)는 물론이며, 좌측 및 우측 제2 전동기들(250, 350) 모두 동일한 구조를 가지므로 중복되는 설명은 생략한다.
한편, 도 4에서는 도 3의 I-I' 선을 따른 단면에서, 상기 좌측 및 우측 프레임들(210, 310)을 보기(bogie) 프레임으로 단순하게 모식화하여 도시하였으며, 제1 축(130)이 모식화된 좌측 고정부(221) 및 우측 고정부(321)에 고정되는 것으로 도시하였다.
즉, 상기 보기 프레임 및 상기 좌측 및 우측 고정부들(221, 321)은 다양하게 설계 변형될 수 있으며, 상기 제1 축(130)이 좌측 및 우측 프레임들(210, 310)에 고정되어 회전하지 않는 구조이면 충분하다.
보다 구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 좌측 제1 차륜(220)은 중앙에 제1 베어링(131)을 통해 상기 제1 축(130)과 연결되며, 이에 따라 상기 좌측 제1 차륜(220)은 고정된 상기 제1 축(130)에 대하여 회전될 수 있다.
또한, 상기 우측 제1 차륜(320)도 중앙에 제3 베어링(133)을 통해 상기 제1 축(130)과 연결되며, 이에 따라 상기 우측 제1 차륜(320)은 고정된 상기 제1 축(130)에 대하여 회전될 수 있다.
상기 좌측 제1 전동기(240)는 좌측 제1 회전자(241), 좌측 제1 고정자(242) 및 좌측 제1 영구자석(243)을 포함한다.
마찬가지로, 상기 우측 제1 전동기(340)는 우측 제1 회전자(341), 우측 제1 고정자(342) 및 우측 제1 영구좌석(343)을 포함한다.
상기 좌측 제1 회전자(241)는 일 끝단은 상기 좌측 제1 차륜(220)의 외면을 따라 고정되며 다른 끝단은 상기 제1 축(130)에 연결된다.
이 경우, 상기 좌측 제1 회전자(241)는 전체적으로 내부에 수납공간을 형성하는 원통형 형상일 수 있으며, 상기 내부의 수납공간에는 상기 제1 축(130)의 일부, 상기 좌측 제1 고정자(242) 및 상기 좌측 제1 영구자석(243)이 수납된다.
상기 좌측 제1 회전자(241)는 일 끝단이 상기 좌측 제1 차륜(220)에 고정된 상태로 상기 좌측 제1 차륜(220)과 함께 회전하며, 다른 끝단에는 제2 베어링(132)을 통해 상기 제1 축(130)과 연결되어 고정된 상기 제1 축(130)에 대하여 회전한다.
상기 좌측 제1 고정자(242)는 상기 좌측 제1 회전자(241)의 내부 수납공간에 위치하며, 상기 제1 축(130)에 고정된다.
상기 좌측 제1 영구자석(243)은 상기 좌측 제1 회전자(241)의 내면에 부착되거나, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 좌측 제1 회전자(241)의 내측으로 삽입되도록 위치할 수 있다.
이 경우, 상기 좌측 제1 영구자석(243)은 복수개가 상기 좌측 제1 회전자(241)의 내면에 일정 간격으로 부착되거나 내측으로 삽입되도록 위치할 수 있다.
그리하여, 상기 좌측 제1 고정자(242)와 상기 좌측 제1 영구자석(243) 사이에서 회전력이 발생하며, 상기 좌측 제1 회전자(241)가 회전함에 따라 상기 좌측 제1 회전자(241)에 고정된 상기 좌측 제1 차륜(220)이 회전하게 된다.
따라서, 상기 좌측 제1 차륜(220)의 회전 속도는 상기 좌측 제1 고정자(242)와 상기 좌측 제1 영구자석(243) 사이의 동력 발생을 제어함으로써 제어될 수 있다.
상기 우측 제1 회전자(341)는 일 끝단은 상기 우측 제1 차륜(320)의 외면을 따라 고정되며 다른 끝단은 상기 제1 축(130)에 연결된다.
이 경우, 상기 우측 제1 회전자(341)는 전체적으로 내부에 수납공간을 형성하는 원통형 형상일 수 있으며, 상기 내부의 수납공간에는 상기 제1 축(130)의 일부, 상기 우측 제1 고정자(342) 및 상기 우측 제1 영구자석(343)이 수납된다.
상기 우측 제1 회전자(341)는 일 끝단이 상기 우측 제1 차륜(320)에 고정된 상태로 상기 우측 제1 차륜(320)과 함께 회전하며, 다른 끝단에는 제4 베어링(134)을 통해 상기 제1 축(130)과 연결되어 고정된 상기 제1 축(130)에 대하여 회전한다.
상기 우측 제1 고정자(342)는 상기 우측 제1 회전자(341)의 내부 수납공간에 위치하며, 상기 제1 축(130)에 고정된다.
상기 우측 제1 영구자석(343)은 상기 우측 제1 회전자(341)의 내면에 부착되거나, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 우측 제1 회전자(341)의 내측으로 삽입되도록 위치할 수 있다.
이 경우, 상기 우측 제1 영구자석(343)은 복수개가 상기 우측 제1 회전자(341)의 내면에 일정 간격으로 부착되거나 내측으로 삽입되도록 위치할 수 있다.
그리하여, 상기 우측 제1 고정자(342)와 상기 우측 제1 영구자석(343) 사이에서 회전력이 발생하며, 상기 우측 제1 회전자(341)가 회전함에 따라 상기 우측 제1 회전자(341)에 고정된 상기 우측 제1 차륜(320)이 회전하게 된다.
따라서, 상기 우측 제1 차륜(320)의 회전 속도는 상기 우측 제1 고정자(342)와 상기 우측 제1 영구자석(343) 사이의 동력 발생을 제어함으로써 제어될 수 있다.
이상과 같이, 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들(240, 340)에 의해 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들(220, 320)이 독립적으로 구동되며, 마찬가지로, 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들(250, 350)에 의해 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들(230, 330)이 독립적으로 구동되어, 각각의 차륜들이 독립적으로 구동된다.
도 6은 도 2의 철도차량용 대차에 적용되는 전폐구조를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에서 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들(240, 340), 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들(250, 350) 각각은 도 6에 도시된 바와 같은 전폐구조(500)로 형성될 수 있다.
즉, 상기 전폐구조(500)는 내부에 공간부(551)를 형성하는 프레임부(510), 및 상기 프레임부(510)의 상측에 위치한 방열부(520)를 포함하며, 상기 방열부(520)의 내측 및 외측에는 각각 제1 방열핀(530) 및 제2 방열핀(540)이 각각 형성된다.
한편, 상기 프레임부(510)와 상기 방열부(520) 사이는 양 측부를 통해 서로 개방되며, 상기 프레임부(510)의 내측에는 도시하지는 않았으나 내부 공기의 흐름을 유도하는 순환 펌프가 구비될 수 있다.
상기 프레임부(510)의 상기 공간부(551)에는 회전자(550), 영구자석(560) 및 고정자(570)가 수납되며, 상기 고정자(570)와 상기 영구자석(560) 사이에는 코일(580)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 회전자(550)와 상기 영구자석(560) 사이, 및 상기 영구자석(560)과 상기 고정자(570) 또는 상기 코일(580) 사이에는 공간이 형성된다.
이에 따라, 상기 프레임부(510) 및 상기 방열부(520)의 내부에서 순환하는 공기는 상기 회전자(550)와 상기 영구자석(560) 사이, 및 상기 영구자석(560)과 상기 고정자(570) 또는 상기 코일(580) 사이를 통해 순환하게 되며, 상기 회전자(550), 상기 영구자석(560) 및 상기 고정자(570)를 냉각하게 된다.
이상과 같이, 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들(240, 340), 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들(250, 350) 각각은 전폐구조를 통해 내부에서만 공기가 순환되도록 함으로써, 외부와의 공기 순환에 따른 이물질 또는 먼지 등의 유입을 차단할 수 있어, 상기 전동기의 내구성을 향상시키고 유지보수의 노력을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 두 쌍의 차륜들을 포함하는 대차에서, 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 좌측 및 우측 제2 차륜들이 각각 독립적으로 구동되므로 특히, 곡선 구간에서 주행성능 및 동적 안전성을 향상시킬 수 있으며, 차륜과 레일 사이의 마찰이 최소화되어 소음이나 분진이 발생을 억제할 수 있다.
특히, 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 좌측 및 우측 제2 차륜들 각각에 전동기들이 구비되며, 제1 축 및 제2 축은 프레임부에 고정되어 회전하지 않은 상태에서 전동기에 각각 연결된 차륜이 회전하는 구조로 설계되어, 상대적으로 단순한 설계로 각각의 차륜들이 독립적으로 회전할 수 있는 독립 구동을 구현할 수 있다.
또한, 상기 전동기들 각각은, 기어나 커플링 등과 같은 종래의 구동력 발생을 위한 구조가 생략되며, 영구자석을 포함하는 자기력을 구동력을 발생하므로, 구동력의 손실이 적으며, 상대적으로 간단한 설계로 크기와 무게를 최소화하도록 설계될 수 있으며, 소음이나 유지보수의 노력이 감소하는 장점이 있다.
나아가, 상기 전동기들은 미세한 동력 제어를 수행할 수 있어, 곡선 구간에서의 레일부의 곡률을 고려한 차륜의 회전수 제어를 정밀하게 수행할 수 있다.
또한, 상기 전동기들 각각은 이른바, 전폐구조 방식으로 내부의 공간부에서 공기가 순환하며 냉각되도록 설계되어, 외부의 먼지나 이물질의 유입을 방지하여 내구성을 향상시키며 유지보수의 노력을 줄일 수 있고, 전동기의 열발생을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 각륜 구동 전동기를 포함한 대차는 철도 차량의 일반 대차 또는 관절 대차에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
10 : 종래 철도차량용 대차 100 : 철도차량용 대차
110 : 가로지지부 120 : 센터피봇
130 : 제1 축 140 : 제2 축
210 : 좌측 프레임 220 : 좌측 제1 차륜
230 : 좌측 제2 차륜 240 : 좌측 제1 전동기
250 : 좌측 제2 전동기 260 : 좌측 스프링
310 : 우측 프레임 320 : 우측 제1 차륜
330 : 우측 제2 차륜 340 : 우측 제1 전동기
350 : 우측 제2 전동기 360 : 우측 스프링

Claims (11)

  1. 제1 방향으로 연장된 한 쌍의 좌측 및 우측 프레임들;
    상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장되며, 양 끝단이 상기 좌측 및 우측 프레임들에 각각 고정된 제1 축 및 제2 축;
    상기 제1 축의 양 끝단에 위치하여 상기 제1 축에 대하여 회전하는 좌측 및 우측 제1 차륜들;
    상기 제2 축의 양 끝단에 위치하여 상기 제2 축에 대하여 회전하는 좌측 및 우측 제2 차륜들;
    상기 좌측 및 우측 제1 차륜들 각각에 독립적으로 구동력을 전달하는 좌측 및 우측 제1 전동기들; 및
    상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 각각에 독립적으로 구동력을 전달하는 좌측 및 우측 제2 전동기들을 포함하는 철도차량용 대차.
  2. 제1항에 있어서,
    좌측으로 굽은 레일부를 진행하는 경우, 상기 좌측 제1 및 제2 차륜들은 상기 우측 제1 및 제2 차륜들보다 적은 구동력을 전달받는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 축 및 상기 제2 축은 상기 좌측 및 우측 프레임들에 각각 고정되어 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 축은 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들 및 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들을 관통하며, 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들 및 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들과 베어링으로 연결되며,
    상기 제2 축은 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들을 관통하며, 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들과 베어링으로 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
  5. 제1항에 있어서, 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들 각각은,
    상기 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 각각에 고정되어 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들과 동시에 회전하는 회전자;
    상기 회전자와 마주하며 고정된 고정자; 및
    상기 회전자의 내면에 고정되어 상기 회전자의 회전에 따라 회전하며, 상기 고정자와 마주하는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회전자는,
    원통형 프레임 형상으로 일 끝단의 원주면이 상기 좌측 및 우측 제1 차륜들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 차륜들 각각에 고정되며, 내부에 상기 고정자가 수납되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
  7. 제6항에 있어서, 상기 고정자는,
    상기 제1 축 및 상기 제2 축 각각의 외경을 따라 상기 제1 축 및 제2 축 각각에 고정되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
  8. 제6항에 있어서, 상기 영구자석은,
    복수개가 상기 회전자의 내면에 일정 간격으로 고정된 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
  9. 제1항에 있어서, 상기 좌측 및 우측 제1 전동기들, 및 상기 좌측 및 우측 제2 전동기들 각각은,
    내부에 공간부를 형성하는 프레임부; 및
    상기 프레임부의 상부에 위치하는 방열부를 포함하며,
    상기 프레임부와 상기 방열부 사이에서 내부 공기가 순환하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프레임부의 공간부에는, 구동력을 발생시키는 회전자, 영구자석 및 고정자가 수납되며,
    상기 방열부의 내부 및 외부에는 제1 및 제2 방열핀들이 각각 배열되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프레임부 및 상기 방열부 사이에서 순환하는 내부 공기는, 상기 회전자 및 영구자석 사이와 상기 영구자석 및 상기 고정자 사이를 통과하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차.
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WO2021224953A1 (ja) * 2020-05-07 2021-11-11 三菱電機株式会社 車輪装置

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