WO2014054853A1 - 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템 - Google Patents

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WO2014054853A1
WO2014054853A1 PCT/KR2013/007194 KR2013007194W WO2014054853A1 WO 2014054853 A1 WO2014054853 A1 WO 2014054853A1 KR 2013007194 W KR2013007194 W KR 2013007194W WO 2014054853 A1 WO2014054853 A1 WO 2014054853A1
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WO
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phase
propulsion system
pulse motor
linear pulse
motor propulsion
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/007194
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English (en)
French (fr)
Inventor
이병송
이형우
박찬배
홍순만
이준호
김재희
Original Assignee
한국철도기술연구원
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Publication date
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Priority to US14/433,544 priority patent/US20150231989A1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/03—Electric propulsion by linear motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/064—Linear motors of the synchronous type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a two-phase two-row linear pulse motor propulsion system, and in particular, to improve the acceleration performance and torque characteristics of the two-phase two-column, which can realize the high-speed driving, stop, forward / reverse direction switching function through the non-adhesive driving characteristics A linear pulse motor propulsion system.
  • the acceleration / deceleration performance of a railway vehicle is set in consideration of the weight of a vehicle and the performance of a propulsion device.
  • the acceleration / deceleration performance improvement is a key to reducing the operating speed and overall time required.
  • General railway vehicles use the adhesive driving method as a wheel on rail (Wheel On Rail) method, there is a speed limit above the adhesion limit (about 430km / h).
  • Electric railway vehicles are supplied with direct current or alternating current power to drive the traction motor through the main power supply, and supply the necessary electricity in the vehicle, such as air conditioning systems, lights, and communications, through the auxiliary power supply (SIV).
  • SIV auxiliary power supply
  • Torque generated in the traction motor is converted into high torque and low speed mechanical energy through the reduction gear, which is generated by the friction force between the wheel and the rail of the train.
  • the acceleration or deceleration section requires a large torque and braking force, but in the actual driving section requires only a lower torque, the traction motor is generally designed and manufactured with a continuous rating required for the actual driving.
  • the conventional electric railway vehicle has a lot of difficulties in improving acceleration / deceleration performance or ultra-high speed driving due to the capacity limit of the propulsion device, the weight of the vehicle, the power supply limit, the adhesion limit.
  • a large-capacity traction motor may be used to improve acceleration / deceleration performance, but in general driving sections other than the acceleration / deceleration section, the driving efficiency decreases due to the weight increase of the vehicle.
  • the weight increase problem of the vehicle may be solved when the traction motor having a higher output density is solved.
  • the traction motor having a higher output density due to the limitation of the power supply in the vehicle and the increase of the capacity of the front line, it is difficult to apply it realistically.
  • Patent Publication No. 10-0440389 (Registration Date: 2004.07.05) discloses a two-phase linear motor in order to increase the power generation efficiency at high output.
  • the registered patent proposes a two-phase transverse magnetic flux permanent magnet excitation linear motor in which a pair of one-phase transverse flux permanent magnet excitation linear electric motors are disposed to face each other, but the stator is structurally arranged up and down. As a result, the stator takes up a lot of installation space and is not easy to apply.
  • the present invention is to solve the problems of the prior art, it is possible to implement the high-speed driving, stop, forward / reverse direction switching function through the non-adhesive driving characteristics by improving the acceleration performance, torque characteristics, stator (compact armature side) To provide a two-phase, two-column linear pulse motor propulsion system.
  • a two-phase two-row linear pulse motor propulsion system for achieving the above object is provided with two fields in the longitudinal direction in the lower portion of the moving body to generate a magnetic field;
  • the armature part generates a moving magnetic field by the power supplied from the power conversion device provided in the trajectory, and is formed in two rows so as to correspond to the field parts in the two rows, respectively. Is achieved.
  • the field portion is composed of two rows, each having a phase difference of 180 °, more preferably, the field portion is characterized in that the permanent magnet or superconducting magnet.
  • the field unit is a superconducting magnet, characterized in that the modular unit is provided in a plurality of lower parts of the moving body.
  • the armature portion is made of two rows, each row is wound so as to twist every predetermined section in the longitudinal direction of the traveling track so that the neighboring sections are mutually opposite the A-phase nose A part and the B phase coil part which is comprised similarly to this A phase coil part, and are provided so that it may have a phase difference of 90 degrees in the longitudinal direction are characterized by the above-mentioned.
  • the armature portion is provided by the iron core coil in the running track or the acceleration or deceleration section.
  • the armature portion is embedded in the ground or installed on the ground using a support.
  • the power applied to the armature portion is characterized in that the alternating current of the DC pulse current, square wave or sine wave.
  • a two-phase, two-row linear pulse motor propulsion system comprises: a field portion provided in two rows in a longitudinal direction at a lower portion of a moving body; It is provided in the running track to generate a moving magnetic field by power supply, but it is provided in two rows so as to correspond to the two magnetic field parts of the two rows, including an armature part for generating the propulsion force of the moving body by interaction by the two-phase synchronization signal, Compared with the linear propulsion system, the thrust can be improved and the acceleration / deceleration performance can be increased.
  • the conventional single-phase linear propulsion system has a problem that the starting torque does not occur, the torque characteristics during operation are bad, and the forward / reverse direction is not changed, but the two-phase two-column linear pulse motor propulsion system according to the present invention is a linear of such single phase array.
  • the problem of the propulsion system can be solved, and the power supply device such as the electric power line and the pantograph, which are conventionally mounted on the railway vehicle, and the power conversion device, the traction motor, and the energy conversion device are not required. There is an effect to increase the ultra-fast driving performance and acceleration and deceleration performance.
  • FIG. 1 is a view showing a two-phase two-row linear pulse motor propulsion system according to the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a preferred example of the armature portion in the propulsion system according to the invention
  • Figure 3 (a) (b) is a view for explaining an operation example of the propulsion system according to the present invention
  • armature part 131a A phase coil part
  • the two-phase two-row linear pulse motor propulsion system of the present invention includes: field units 121 and 122 arranged in two rows in a length direction under the moving body 110 to generate a magnetic field; Providing a moving magnetic field by the power supplied from the power conversion device provided on the trajectory, provided in two rows so as to correspond to the two fields 121 and 122, respectively, the driving force of the moving body by the interaction of the two-phase synchronization signal Armature unit 131, 132 for generating a.
  • the moving body 110 is illustrated as a railroad vehicle, but is not limited thereto.
  • field units 121 and 122 having two rows are provided.
  • the field units 121 and 122 are for generating a constant magnetic field, and may be provided by a permanent magnet or a superconducting magnet having a low temperature or room temperature. It should be understood that a power supply capable of supplying the necessary power or a cryostat required for the operation of the superconducting magnet may be added depending on the magnetic field generating means of the field portion, such as a superconducting magnet or an electromagnet of low temperature or room temperature.
  • FIG. 1 shows two rows of permanent magnets side by side as a field part at the bottom of the moving body for better understanding of the description.
  • the field parts 121 and 122 are formed in two rows, but each other is 180 degrees. Has a phase difference of °.
  • the field portions 121 and 122 are constituted by only a pair of permanent magnets, but more preferably, the field portion 110 is provided by a superconducting magnet, but is modularized into a unit unit. The lower part of) may be provided with a plurality of to increase the torque.
  • the field portion provided by the superconducting magnet in the lower portion of the mobile unit 110 in the present invention is modularized and mounted in a unit unit, so that in case of failure, the field unit may be replaced or repaired by a module unit, thus maintaining and managing the unit easily.
  • the field unit since the field unit is provided in a modular unit, the driving power is distributed, and even if a failure of some modules occurs, the moving body can be operated.
  • the armature parts 131 and 132 are provided in two rows along a traveling track on the ground, and are supplied with power by a power converter (not shown) provided adjacent to the traveling track to generate a moving magnetic field by a two-phase synchronization signal. By the interaction with the field unit 110 to generate the driving force necessary for the movement of the moving body (110).
  • the armature portion 131 is made up of two rows, each row is wound so as to twist every predetermined section in the longitudinal direction of the traveling track so that the sections adjacent to each other in the magnetic field direction It can be provided by the A-phase coil portion 131a in the opposite direction and the B-phase coil portion 131b which is configured to have the same phase as the A-phase coil portion 131a but has a phase difference of 90 ° in the longitudinal direction. have.
  • the B-phase coil part 131b has the same structure as the A-phase coil part 131a, wherein the unit section length d2 is equal to the section length d1 of the A-phase coil section 131a, but has a 90 ° phase difference. It is prepared to have.
  • a well-known insulator is provided between the A-phase coil part 131a and the B-phase coil part 131b to electrically insulate the A-phase coil part 131a and the B-phase coil part 131b.
  • the armature portions 131 and 132 of the two columns including the A-phase coil portion and the B-phase coil portion are provided to have the same phase with each other.
  • the armature unit 131, 132 can reduce the overall cost by using an air-core coil, preferably, in the case of the traveling track in the railway vehicle acceleration and deceleration section or climbing section in the history of uneven Providing the core by the iron core coil provided between the windings can increase the driving force according to the characteristics of the running section.
  • the armature parts 131 and 132 are embedded in the ground, and thus, in the case of the railroad car, it is possible to construct an environment-friendly railroad system by preventing the surrounding landscape from being damaged by excluding processing lanes in the city center. Meanwhile, the armature parts 131 and 132 may be installed at a predetermined height on the ground using a support.
  • the armature parts 131 and 132 composed of two phases and two columns are supplied with power through a power converter to generate a moving magnetic field, and a non-stick driving force is generated by interaction with the field part of the moving object.
  • the power applied to the electric base may be an AC current of a DC pulse current, a square wave, or a sine wave.
  • Figure 3 (a) (b) is a view for explaining the operation example of the propulsion system according to the present invention, the operation example of the armature portion of the first row, but the same operation can be made to the armature portion of the second row Should be understood.
  • Forward / reverse direction switching may be performed by a square wave AC power source (or a DC pulse).
  • the two-phase, two-row linear pulse motor propulsion system of the present invention configured as described above is provided with a field part under the railroad car, and an armature part is provided between the ground tracks to provide driving force of the railroad car by non-adhesive driving force.
  • the acceleration and deceleration section may be improved in performance, and also applied to a wheel-on railroad vehicle, which enables ultra high speed driving.
  • a power supply device such as a catenary and pantograph
  • a power converter such as a transformer, a converter, an inverter, and an energy converter such as a rotary traction motor and a gear. Since the railroad car is driven by directly supplying electric power to the armature of the ground track, it is possible to reduce the weight of the railroad car to improve acceleration / deceleration capability and to improve ultra-high speed driving performance.

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Abstract

본 발명은 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 관한 것으로, 특히 가속 성능, 토오크 특성을 개선하여 비점착 구동 특성을 통해 고속 주행, 정지, 전/후진 방향전환 기능을 구현할 수 있는 2상2열의 리니어 펄스 모터 추진시스템에 관한 것으로, 이동체(110)의 하부에 길이 방향으로 2열로 마련되어 자계를 발생시키는 계자부(121)(122)와; 주행궤도에 마련되어 전력변환장치에서 공급되는 전원에 의해 이동자계를 발생하되, 상기 2열의 계자부(121)(122)와 각각 대응되도록 2열로 마련되어 2상의 동기신호에 의한 상호작용에 의해 이동체(110)의 추진력을 발생시키는 전기자부(131)(132)로 구성되어, 단상배열의 갖는 리니어 추진시스템과 비교하여 추력을 향상시킬 수 있으며 고속주행과 가감속 성능을 높일 수가 있다.

Description

2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템
본 발명은 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 관한 것으로, 특히 가속 성능, 토오크 특성을 개선하여 비점착 구동 특성을 통해 고속 주행, 정지, 전/후진 방향전환 기능을 구현할 수 있는 2상2열의 리니어 펄스 모터 추진시스템에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량의 가감속 성능은 차량의 무게와 추진장치의 성능을 고려하여 설정되며, 정차역이 많은 우리나라의 경우에 가감속 성능 향상은 운행시격 및 전체 소요시간 단축에 핵심이 된다.
일반 철도차량은 휠온레일(Wheel On Rail) 방식으로 점착 구동방식을 사용하므로 점착한계(약 430km/h) 이상으로는 속도의 한계가 있다.
전기 철도차량은 직류 또는 교류 전력을 공급받아서 주전원장치를 통해 견인전동기를 구동하게 되며, 보조전원장치(SIV)를 통하여 공조시스템, 전등, 통신 등의 차내에 필요한 전기를 공급한다.
견인전동기에서 발생된 토크는 감속기어를 통하여 고토크 저속의 기계적 에너지로 변환되며, 이는 열차의 바퀴와 레일 사이의 마찰력에 의해 추진력을 발생시키게 된다.
특히, 가속 또는 감속 구간에서는 큰 토크와 제동력을 필요로 하지만 실주행 구간에서는 그 보다는 낮은 토크만을 필요로 하므로, 일반적으로 견인전동기는 실주행에 요구되는 연속정격으로 설계와 제작이 이루어지고 있다.
기동 시에는 견인전동기의 연속정격보다 많은 전류를 투입하여 견인력을 발생시키게 되지만 순시정격은 약 1.5 ~ 2배로 한계가 있다.
따라서 종래의 전기 철도차량은 추진장치의 용량 한계, 차량의 중량, 전력공급의 한계, 점착 한계 등에 의한 가감속 성능 또는 초고속 주행 개선에 많은 어려움이 존재한다.
예를 들어, 가감속 성능 향상을 위하여 큰 용량의 견인전동기를 사용할 수가 있으나, 가감속 구간 이외의 일반주행 구간에서는 차량의 중량 증가로 인하여 오히려 주행 효율을 떨어뜨리게 된다.
이를 회피하기 위하여 출력밀도를 높인 견인전동기를 사용하는 경우에는 차량의 중량 증가 문제점은 해결될 수 있으나, 차량 내 전력공급의 한계와 전차선의 용량 증대로 인하여 현실적으로 적용하기는 어려움이 있다.
또한 초고속 주행 성능 향상을 위하여 큰 용량의 견인전동기를 적용하더라도 휠온레일 방식에서의 점착 한계로 인하여 바퀴가 미끄러지므로 초고속 주행이 불가한 문제점 등이 있다.
한편, 등록특허공보 제10-0440389호(등록일자: 2004.07.05)는 고출력으로 동력 발생효율을 높이기 위하여 2상의 선형 전동기를 개시하고 있다.
상기 등록특허는 1상 횡자속형 영구자석 여자 선형 전동가의 한 쌍을 각각의 이동자측이 서로 마주보게 배치한 2상 횡자속형 영구자석 여자 선형 전동기를 제안하고 있으나, 고정자가 상하로 배치되는 구조로써 구조적으로 고정자가 설치 공간을 많이 차지하여 적용이 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가속 성능, 토오크 특성을 개선하여 비점착 구동 특성을 통해 고속 주행, 정지, 전/후진 방향전환 기능을 구현할 수 있으며, 컴팩트하게 고정자(전기자 측)를 구성할 수 있는 2상2열의 리니어 펄스 모터 추진시스템을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템은, 이동체의 하부에 길이 방향으로 2열로 마련되어 자계를 발생시키는 계자부와; 주행궤도에 마련되어 전력변환장치에서 공급되는 전원에 의해 이동자계를 발생하되, 상기 2열의 계자부와 각각 대응되도록 2열로 마련되어 2상의 동기신호에 의한 상호작용에 의해 이동체의 추진력을 발생시키는 전기자부에 의해 달성된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 계자부는 2열로 이루어지되, 서로 180°의 위상차를 가지며, 보다 바람직하게는, 상기 계자부는 영구자석 또는 초전도자석인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 계자부는 초전도자석이되, 단위 유니트로 모듈화되어 이동체의 하부에 다수 개로 마련되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 전기자부는 2열이 이루어지되, 각 열은 주행궤도의 길이방향으로 일정 구간마다 꼬임이 있도록 권선되어 서로 이웃하는 구간은 자계 방향이 서로 반대 방향인 A상 코일부와, 이 A상 코일부와 동일하게 구성되되 길이 방향으로 90°의 위상차를 갖도록 마련되는 B상 코일부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 주행궤도가 등판 구간 또는 가감속 구간에서 상기 전기자부는 철심형 코일에 의해 제공되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 전기자부는 지중에 매설되거나 지상에 지지물을 이용하여 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 전기자부에 인가되는 전원은 직류 펄스 전류, 구형파 또는 싸인파의 교류 전류인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템은, 이동체의 하부에 길이 방향으로 2열로 마련되는 계자부와; 주행궤도에 마련되어 전원 공급에 의해 이동자계를 발생하되, 2열의 계자부와 각각 대응되도록 2열로 마련되어 2상의 동기신호에 의한 상호작용에 의해 이동체의 추진력을 발생시키는 전기자부를 포함하여, 단상배열의 갖는 리니어 추진시스템과 비교하여 추력을 향상시킬 수 있으며 가감속 성능을 높일 수가 있다.
또한 종래의 단상배열의 리니어 추진시스템은 기동 토오크 발생이 안되고 운전시 토오크 특성이 나쁘며 전/후진 방향전환이 안되는 문제점이 있으나 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템은 이러한 단상배열의 리니어 추진시스템의 문제점을 해소할 수 있으며, 종래에 철도차량에 탑재되는 전차선 및 팬터그래프와 같은 전력공급장치와 전력변환장치, 견인전동기, 및 에너지 변환장치 등을 필요로 하지 않음으로써 철도차량의 경량화에 따른 초고속 주행 성능과 가감속 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 추진시스템에 있어서, 전기자부의 바람직한 일례를 보여주는 도면,
도 3의 (a)(b)는 본 발명에 따른 추진시스템의 작동예를 설명하기 위한 도면,
도 4의 (a)(b)(c)는 본 발명에 따른 추진시스템에 있어서 전기자부에 인가될 수 있는 다양한 전류 파형의 예들을 보여주는 도면.
[부호의 설명]
110 : 이동체 121, 122 : 계자부
131, 132 : 전기자부 131a : A상 코일부
131b : B상 코일부
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템은, 이동체(110)의 하부에 길이 방향으로 2열로 마련되어 자계를 발생시키는 계자부(121)(122)와; 주행궤도에 마련되어 전력변환장치에서 공급되는 전원에 의해 이동자계를 발생하되, 상기 2열의 계자부(121)(122)와 각각 대응되도록 2열로 마련되어 2상의 동기신호에 의한 상호작용에 의해 이동체의 추진력을 발생시키는 전기자부(131)(132)를 포함한다.
본 실시예에서 이동체(110)는 철도차량으로 예시하고 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
이동체(110)의 하부에는 2열로 구성된 계자부(121)(122)가 마련된다. 계자부(121)(122)는 일정한 자계를 발생시키기 위한 것으로, 영구자석 또는 저온 또는 상온의 초전도자석에 의해 제공될 수가 있다. 저온 또는 상온의 초전도자석이나 전자석 등과 같이 계자부의 자계 발생수단에 따라서 필요한 전원을 공급할 수 있는 전원장치 또는 초전도자석의 작동에 필요한 저온유지장치(cryostat)가 부가될 수 있음을 이해하여야 한다.
참고로, 도 1에서는 설명의 이해를 돕기 위하여 이동체의 하부에 계자부로써 나란하게 2열의 영구자석을 보여주고 있으며, 바람직하게는, 계자부(121)(122)는 2열로 이루어지되, 서로 180°의 위상차를 갖는다.
도 1에는 간략히 한 쌍의 영구자석만으로 계자부(121)(122)가 구성됨을 보여주고 있으나, 보다 바람직하게는 계자부(110)는 초전도자석에 의해 제공되되, 단위 유니트로 모듈화되어 이동체(110)의 하부에 토오크의 증대를 위해 다수 개가 마련될 수 있다.
특히 본 발명에서 이동체(110) 하부에 초전도 자석에 의해 제공되는 계자부는 단위 유니트로 모듈화되어 장착됨으로써 고장 시에 단위 유니트의 모듈 단위로 교체 또는 수리가 이루어질 수 있으므로 유지 및 관리가 용이하다. 또한 계자부가 단위 유니트로 모듈화되어 제공됨으로써 구동 동력이 분산되어 일부 모듈의 고장이 발생하더라도 이동체의 운행이 가능하다.
전기자부(131)(132)는 지상의 주행궤도를 따라서 2열로 마련되며, 주행궤도와 인접하여 마련되는 전력변환장치(미도시)에 의해 전원 공급이 이루어져 2상 동기신호에 의한 이동자계를 발생시켜 계자부(110)와의 상호작용에 의해 이동체(110)의 주행에 필요한 구동력을 발생시킨다.
도 2에 예시된 것과 같이 바람직하게는 본 발명에 있어서, 전기자부(131)는 2열로 이루어지되, 각 열은 주행궤도의 길이방향으로 일정 구간마다 꼬임이 있도록 권선되어 서로 이웃하는 구간은 자계 방향이 서로 반대 방향인 A상 코일부(131a)와, 이 A상 코일부(131a)와 동일하게 구성되되 길이 방향으로 90°의 위상차를 갖도록 마련되는 B상 코일부(131b)에 의해 제공될 수 있다.
A상 코일부(131a)는 일정 길이(D)마다 꼬임이 있도록 권선되어 일정한 단위 구간 길이(d1)(d1=2D)가 반복된 구조를 가지며, 전력변환장치로부터 A상 코일부(131a)에 전원이 인가되면 꼬임 위치를 기준으로 서로 이웃하는 두 구역은 자계 방향이 서로 반대 방향으로 발생된다.
B상 코일부(131b)는 A상 코일부(131a)와 동일한 구조를 가지며, 이때 단위 구간 길이(d2)는 A상 코일부(131a)의 구간 길이(d1)와 동일하되, 90° 위상차를 갖도록 마련된다.
A상 코일부(131a)와 B상 코일부(131b) 사이에는 주지의 절연체가 마련되어 A상 코일부(131a)와 B상 코일부(131b)는 전기적으로 절연이 이루어진다.
이와 같이 A상 코일부와 B상 코일부로 구성된 2열의 전기자부(131)(132)는 서로 동일한 위상을 갖도록 마련된다.
한편, 전기자부(131)(132)는 공심형 코일을 사용하여 전체적인 비용을 절감할 수 있으며, 바람직하게는, 철도차량에서 주행궤도가 역사 내의 가감속 구간 또는 등판 구간인 경우에는 요철형의 전기 코어를 권선 사이에 설치하는 철심형 코일에 의해 제공됨으로써 주행 구간의 특성에 따라서 추진력을 높일 수 있다.
본 발명에서 전기자부(131)(132)는 지중에 매설하여 설치됨으로써, 철도차량의 경우에 도심에서 가공차선을 배제하여 주변 경관이 훼손되는 것을 방지하여 친환경적인 철도시스템을 구축할 수 있다. 한편, 전기자부(131)(132)는 지지물을 이용하여 지상의 소정 높이에 설치가 이루어질 수도 있다.
이와 같이 2상2열로 구성된 전기자부(131)(132)는 전력변환장치를 통해 전력이 공급되어 이동자계가 발생되며, 이동체의 계자부와 상호작용에 의해 비점착 구동력이 발생된다.
본 발명에서 전기기부에 인가되는 전원은 직류 펄스 전류, 구형파(square wave) 또는 싸인파의 교류 전류가 사용될 수 있다.
도 3의 (a)(b)는 본 발명에 따른 추진시스템의 작동예를 설명하기 위한 도면으로써, 1열의 전기자부에 의한 작동예를 설명하였으나 2열의 전기자부에 대해서도 동일하게 작동이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3의 (b)에서와 같이 1열의 전기자부에 대해 A상 코일부와 B상 코일부에 대해 90° 위상차를 갖는 구형파 AC전원이 전력변환장치를 통해 인가되면, (a)에서와 같이 각 코일부(131a)(131b) 각각에서 발생된 N극 또는 S극 자계에 의해 1열의 전기자부(131)에는 이동자계가 발생되며, 1열의 전기자부(131)에서 발생된 이동자계에 의해 해당 계자부(121)의 자계와 상호작용하여 추진력이 발생된다.
한편, 2열의 전기자부(131)(132) 상부에 위치하게 되는 2열의 계자부(121)(122)는 서로 180°의 위상차를 가지며 이동체(10) 하부에 마련됨으로써 전기자부(131)(132)에 인가되는 구형파 AC전원(또는 DC 펄스)에 의해 전/후진 방향전환이 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 2상2열의 리니어 펄스 모터 추진시스템은 철도차량 하부에 계자부를 설치하며, 지상궤도 사이에 전기자부를 마련하여 비점착 구동력에 의해 철도차량의 추진력을 제공할 수 있으므로 등판 구간 또는 가감속 구간의 성능을 높일 수 있으며, 또한 휠온 방식의 철도차량에 적용되어 초고속 주행이 가능하다.
또한 종래의 전기 철도차량의 추진시스템에서와 같은 전차선 및 팬터그래프와 같은 전력공급장치와, 변압기, 컨버터, 인버터 등의 전력변환장치와 회전형 견인전동기 및 기어 등의 에너지 변환장치를 차량에 탑재할 필요 없이 지상궤도의 전기자부에 직접 전력을 공급하여 철도차량의 주행이 이루어지므로 철도차량을 경량화하여 가감속 능력을 개선하고 초고속 주행 성능 개선을 도모할 수 있다.
또한 종래의 선형동기 전동기 추진에 비하여 직류 또는 구형파 교류 전력을 사용하게 되므로 전력 손실을 줄일 수 있으며 지상에서의 전력변환장치의 구성을 간단히 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims (8)

  1. 이동체의 하부에 길이 방향으로 2열로 마련되어 자계를 발생시키는 계자부와;
    주행궤도에 마련되어 전력변환장치에서 공급되는 전원에 의해 이동자계를 발생하되, 상기 2열의 계자부와 각각 대응되도록 2열로 마련되어 2상의 동기신호에 의한 상호작용에 의해 이동체의 추진력을 발생시키는 전기자부를 포함하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계자부는 2열로 이루어지되, 서로 180°의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 계자부는 영구자석 또는 초전도자석인 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 계자부는 초전도자석이되, 단위 유니트로 모듈화되어 이동체의 하부에 토오크의 증대를 위해 다수 개로 마련되는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기자부는 2열이 이루어지되, 각 열은 주행궤도의 길이방향으로 일정 구간마다 꼬임이 있도록 권선되어 서로 이웃하는 구간은 자계 방향이 서로 반대 방향인 A상 코일부와, 이 A상 코일부와 동일하게 구성되되 길이 방향으로 90°의 위상차를 갖도록 마련되는 B상 코일부로 구성되는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    주행궤도가 등판 구간 또는 가감속 구간에서 상기 전기자부는 철심형 코일에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 전기자부는 지중에 매설되거나 지상에 지지물을 이용하여 설치되는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 전기자부에 인가되는 전원은 직류 펄스 전류, 구형파 또는 싸인파의 교류 전류인 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
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