전기기계식제동장치용 감속기일체형모터의 최적설계방법 및 성능평가

초록

고속철도차량에 장착되는 전기기계식 제동장치(EMB : Electro-Mechanical Brake, 이하 EMB)는 약 50 ~ 60 kN 수준의 제동압부력을 필요로 한다. 모터가 사용되는 EMB 구동부는 고토크 출력을 위해 높은 감속비를 필요로 하며 대차 설치로 인한 공간적인 제약 때문에 소형화 설계 및 운행 중 차량하부로부터 발생하는 진동으로 인한 내구성을 가져야 한다. 따라서, 감속기일체형모터(GM : Geared Motor, 이하 GM)의 설계 및 제작기술은 철도차량용 EMB 구동부의 신뢰성 향상을 위해 필요한 기술이다. 본 논문은 GM를 위한 모터 최적설계기법 및 감속기 구조를 다루었다. 모터는 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 IPMSM)를 적용하였으며 최적설계기법으로 Plackett-Burmann(PB, 이하 PB)의 민감도 분석을 통한 반응표면분석법(RSM : Response Surface Methodology, 이하 RSM)을 적용하여 최적화설계를 수행하였다. 감속기는 유성기어와 베벨기어의 조합을 통한 동심형 축직각 감속기 형태를 통해 안전측(fail safety) 동작 기능을 갖도록 제안하였다. IPMSM의 최적화 설계를 통하여 초기 설계결과 대비 출력토크는 12% 상승하였으며, 모터축과 감속기의 동심축 연결을 통하여 부피는 25% 감소, 중량은 50% 감소하는 결과를 보였다. GM는 EMB에 설치하여 기본성능시험을 통한 가용성을 평가하였다.

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