차세대 도시철도차량용 와전류 제동기의 설계 및 주요인자 분석

Abstract

최근 들어서 국가 전력수급 안정을 위한 에너지 자원의 수급 불안과 환경 문제에 대하여 신재생․핵융합 등 친환경에너지로 옮겨가는 녹색성장의 정부정책이 추진되고 있다. 이러한 정책에 맞아 다양한 산업분야에서 국가 전력수급 안정을 위해 효율적인 에너지 사용을 할 수 있는 연구가 요구되고 있다. 이를 해결하고자 도시철도차량의 경우 에너지 효율 향상을 위하여 기존의 접촉식 기계 제동시스템을 회생 제동이나 와전류 제동 등의 비접촉식 전기 제동시스템으로 변화하기 위한 연구가 지속적으로 수행되고 있으며, 비접촉식 전기 제동시스템은 기존의 기계 제동방식인 차륜 답면 제동 또는 디스크 제동 시 브레이크슈와의 마찰로 인한 소음, 분진 등이 없어 환경측면에서 우수하고, 마찰재 소모가 없어 교환 할 필요가 없으므로 유지보수에도 용이하다. 대표적으로 비접촉식 전기 제동시스템은 와전류 제동기가 있으며 이는 구조에 따라 선형(Linear)타입, 디스크(Disk)타입, 드럼(Drum)타입으로 나누어진다. 본 논문에서는 원형 형태를 이루고 있어 일정한 공극을 유지 할 수 있으며, 공극의 길이가 작아서 누설 자속이 상대적으로 작다는 장점을 지니고 있고, 선형(Linear)타입처럼 레일 면에 전자석 및 도체를 설치할 필요가 없기 때문에 가격 면에서도 유리한 드럼(Drum)타입의 와전류 제동기를 선정하였다. 또한, 드럼(Drum)타입의 와전류 제동기 출력 및 성능 특성에 영향을 미치는 주요 설계 변수들을 선정하고, 주요 설계 변수들에 따른 와전류 제동기의 출력특성을 검토하여 도시철도차량용 드럼(Drum)타입의 와전류 제동기 설계방안에 관한 연구를 수행하였다. 마지막으로, 도시철도차량의 제동을 위한 와전류 제동기에 대해 요구 특성을 분석하여 도시철도차량용 공기 제동에 대체 할 수 있는 축소형 와전류 제동기를 설계한 후 제작 및 성능시험을 통하여 드럼(Drum)타입의 와전류 제동기 설계의 타당성을 검증하였다.