고속철도용 인보드대차에 적용하기 위한 견인전동기의 설계 및 해석

초록

본 논문은 고속철도차량의 인보드대차에 적용하기 위한 견인전동기의 신규형태의 적용과 기본설계방향에 대하여 다룬다. 최근 유럽에서 새로 제작되는 고속철도차량의 경우 인보드대차 시스템을 적용하는 사례가 늘어나고 있으나, 국내에서 운영중인 고속철도차량의 대차시스템은 아웃보드 대차가 적용되고 있으며, 현재까지 인보드대차 시스템에 대한 개발 및 고속철도차량에 적용된 사례가 없다. 인보드대차는 아웃보드 대차에 비해 차량 중량과 주행저항을 30% 줄여주어 차량 운영에 필요한 소비전력을 줄여 에너지 효율을 높일 수 있는 기술이다. 그러나 이러한 장점에도 윤축이 대차 프레임의 내부에 위치하기 때문에 대차 내부 공간이 줄어들어 기존 형식의 견인전동기 및 구동기어와의 커플링 결합구조를 적용할 경우, 견인전동기 출력용량 부족으로 고속철도차량이 고속운영을 하기위한 필요 견인력을 얻을 수 없어 견인전동기와 구동시스템 연결구조의 최적화 및 고도화 설계와 제작 기술이 요구된다. 본 논문에서는 국내 고속철도차량에 주로 사용되는 유도전동기 방식의 견인전동기와 구동기어의 결합구조에서 견인전동기의 부피를 줄이기 위한 영구자석형 동기전동기(IPMSM) 의 기본 형상 설계 결과를 보였으며, 동력전달을 위한 구동장치의 결합구조에서 공간 효율을 높이기 위한 설계 방법을 제시하였다. 설계된 견인전동기는 유한요소분석 (FEA) 소프트웨어 (JMAG)의 해석결과를 통하여 견인전동기 설계의 타당성을 보였다.