고속철도차량의 인보드대차 적용을 위한 견인전동기의 설계 및 성능해석

초록

본 논문은 고속철도용 인보드 대차에 적용하기 위한 견인전동기 시스템의 설계 프레임워크를 다룬다. 최근 유럽에서는 새로 제작되는 철도차량에 인보드 대차 시스템을 적용하는 사례가 늘어나고 있으나, 국내에서는 개발 및 적용사례가 없다. 인보드 대차는 아웃보드 대차에 비해 차량 중량과 주행 저항을 줄일 수 있는 기술이다. 이러한 장점에도불구하고, 차축에 설치되는 베어링이 차륜의 안쪽에 위치하기 때문에 대차의 내부 공간의 효율적 활용, 견인전동기와감속기 간의 최적화 설계 및 개선된 인터페이스가 요구된다. 본 논문에서는 최고운영속도 400km/h를 위한 고속철도차량의 동적특성곡선 설계를 통한 견인전동기의 설계목표를 선정하고 동일 설계목표에 대한 기존 감속기(driving gear)를통한 동력전달 구조와 직접구동모터의 두가지 설계를 제안하였다. 또한, 아웃보드 대차가 설치된 국내 차세대고속철도차량(HEMU-430X)의 유도전동기의 출력대비 40% 이상 출력 증가를 위해 매입형 영구자석 동기전동기 구조의 적용, 극수증가 및 수냉식시스템 적용을 통한 설계 및 해석결과를 제시하였다. 설계된 견인전동기는 유한요소분석(FEA)을 통한전기자계해석 상용 소프트웨어인 JMAG(Ver. 22.1, JSOL)을 활용한 해석결과로 설계 타당성을 보였다.

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