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[[파일:WN Drive 01.gif|섬네일|<font size=2>WN 커플링 평행 구동방식<br />붉은 부분이 WN 커플링</font>]]
'''WN 평행카르단 구동방식'''은 전동차의 구동방식 중 하나다.
국내에서는 1983년 [[서울교통공사 2000호대 초퍼제어 전동차]]가 이 방식을 처음으로 도입한 이후, 2012년 현재 국내에서 운행되는 대다수의 전동차들이 이 구동방식을 사용하고 있다.

== 개요 ==
[[파일:WN Coupling 01.gif|섬네일|WN 커플링 모식도]]
[[파일:KD-70-Chichibu-Railway-5000series-02.jpg|섬네일|220px|1,067mm 궤간의 WN 구동장치<br/>([[치치부 철도]] 5000계)]]
[[파일:Hitachi-HS32534-03RB.jpg|섬네일|220px|right|WN 구동방식의 주전동기<br/>([[농형 3상 유도전동기]])]]
[[파일:WN-Drive-Gearbox-Seibu-Railway.jpg|섬네일|220px|right|WN구동장치. WN 커플링이 소치차축에 고정된 형태]]
고속운전에 적절한 전동차용 구동 시스템으로서 [[미국]]의 대기업 전기 메이커 [[웨스팅하우스 일렉트릭]](WH) 사가, 산하의 기계·톱니바퀴 메이커인 나탈사(Natal Co.Ltd)와 [[1925년]]이후 공동 개발하여 실용화했다. 'WN'이란 개발사의 앞 글자(Westinghouse - Natal)를 따서 붙인 이름이지만, 미국에서는 gear coupling라고 불리는 경우가 많다.

[[전동기|모터]]를 차축과 평행하게 대차 프레임에 고정해, 모터의 출력축과 구동 기어를, 큰 편위(偏位)를 허용하는 WN 커플링을 통해 연결시킨다. WN 커플링의 내부에는, 가공한 [[톱니바퀴]]와 [[용수철]]을 조합하여 편위를 흡수하고 있다.

WN 커플링은 원래 카르단 조인트와는 다른 기구이므로 엄밀히 따지면 WN 카르단이라는 표현은 [[오용]]으로, 단지 'WN구동'이나 'WN 드라이브'라고 부르는 것이 정확하지만, [[일본]] 등지에서는 주전동기의 하중을 모두 용수철상 탄성지지로 한 차축 무장가(無装架) 구동 방식의 일종이라고 하는 의미로 관례적으로 [[카르단 구동 방식]]의 일종에 포함시키고 있다.

=== 역사 ===
전동기를 소형, 경량화하는 동시에 구동력을 발휘하려면 고속 전동기와 감속 기어가 필요하게 된다.

과거에 전기 철도에서 사용되고 있던 [[조괘 구동방식]]은 모터에 부착된 주로 주치차(主齒車)와 동력을 전달하는 차축에 장착된 대치차(大齒車)를 하나의 기어박스에 담고, 그 기어박스가 모터 중량의 약 절반을 지탱하고 나머지 절반은 스프링으로 대차 프레임이 탄성지지하는 단순한 구조의 구동계였다.

조괘 구동은 그 단순하지만  다음과 같은 결점이 있었다.
*모터 중량의 약 절반이 차축에 집중되어 [[스프링하 질량]]이 커지는 구조이므로 궤도에 가하는 부담이 크고, 궤도와 바퀴의 추종성이 좋지 않으며 승차감이 나쁘다.
*레일의 이음매와 [[분기기]]에서 차축에 가해진 충격이 기어박스를 통해 모터에 직접 전달되어, 베어링과 모터 케이스에 손상을 발생시키는 부담이 있었다. [[정류자 전동기]]의 약점인 [[플래시 오버]]를 고려하면, 모터 회전수를 올리는 것도 곤란해 지는 등<ref>조괘식 모터는 일반적으로 정격회전수 800~1,300rpm정도였지만, WN구동으로 대표되는 새로운 구동 방식에서는 1,500~2,000rpm이상의 고속 모터가 주로 사용된다.</ref>, 고속화를 위한 성능 향상은 한계점에 도달한 상황이었다.

이 문제를 극복하는 방법으로서 1920년대에는 [[스위스]] 등에서 [[Buchli 구동방식]]이, 미국과 유럽에서 [[퀼 구동방식]]이 실용화되었다. 그러나 모두 대형이기 때문에 [[전기 기관차]]용이었으며, 전동차용으로는 보급되지 않았다.

이러한 상황에서 전동차의 성능향상을 위해 당시 미국의 유수의 철도용 전동기 메이커인 WH사는 1925년부터 산하의 [[나탈 사]]와 공동으로 소형 차축 무장가(無裝架) 구동방식과 저전압 고회전 전동기를 개발했다.

WN 평행카르단 구동방식은 10년 이상의 장기 사용 시험을 거쳐 신뢰성이나 성능이 확인된 후 [[1941년]] 시카고 북쪽 해안선(CHICAGO NORTH SHORE Line)의 [[일렉트로 라이너]]라고 불리는 경량구조 4차체 연접차에 장착되어 성공을 거두고, 1948년에는 [[뉴욕 시]] [[지하철]] 용 R12형 전동차에 대량으로 채용되어 이후 미국과 일본 등지를 중심으로 보급되었다.

==타성주행시의 소음==
WN 커플링에서는 구조상 내부의 [[기하공차]]에 의해, 커플링에 힘이 걸리지 않는 타성주행시에 소음이 발생하는 문제점이 있다. 때문에, 일정 이상의 속도에서는 타성주행시 [[회생 브레이크|회생제동]]을 아주 약하게 걸어 커플링에 부하를 걸어 소음을 억제하도록 제어하는 차량<ref>[[서일본 여객철도 223계 전동차#1000번대|JR 서일본 223계 1000번대]]등.</ref>도 있다. 또 최근 제조되는 차량의 경우, 기어의 [[백래시]]를 줄이고 커플링 제조시 내부의 공차를 가능한 한 줄여 소음을 줄이기 위한 노력을 하고 있지만, 경년열화(經年劣化)로 소음이 서서히 커지기 때문에 근본적인 해결책은 되지 못했다. 그러나 최근에는 커플링 자체의 품질도 향상되어, 새로 제조되었을 때의 소음은 감소하고 있다.

이 방식의 경우 내치(内歯, internal gear)는 단순한 직치(直歯) 인터널 기어지만, 외치(外歯)는 오프 센터(芯ずれ, off center) 변위를 허용하기 위해 매우 큰 크라우닝(crowning)을 부여할 필요가 있으며, 이처럼 매우 큰 크라우닝을 가지는 외치 기어는 현재의 기술로도 그라인더가 개발되지 않아, 어디까지나 톱니 만들기(歯切り) → 담금질(焼き入れ) → 조합(すり合わせ, ground glass joint)이라는 공정에 의존할 수밖에 없어 톱니바퀴의 정밀화에 의한 [[백래시]] 축소는 힘들며, 현재는 모듈의 축소에 의한 톱니(歯型)의 소형화에 의해 이루어지고 있다. 또 지나친 [[백래시]] 축소는 골링(焼きつき, galling) 가능성을 증가시키기 때문에 어려운 상태이다.

[[도카이도 신칸센|도카이도]]·[[산요 신칸센]]에서는 [[700계]] JR 도카이 소속 편성(C편성) 중간부터 그린차(1등차)에는 [[TD 평행카르단 구동방식|TD 커플링]]을 사용하도록 변경되어 있다.<ref>JR 서일본 소속 B편성은 그린차를 포함하여 모든 차량이 WN 커플링을 사용한다. 또, [[규슈 신칸센]]용 [[800계]]나 산요·규슈 직통용 [[신칸센 N700계 전동차#산요·규슈 신간선(가고시마 루트) 직통용|N700계 7000번대]](JR 서일본 소속 S편성)에서도 전차량 WN 커플링을 사용한다.</ref>

== 각주 ==
<references/>

== 같이 보기 ==
* [[카르단 구동방식]]
* [[직각 카르단 구동방식]]
* [[중공축 평행카르단 구동방식]]
*WN 평행카르단 구동방식
* [[TD 평행카르단 구동방식]]


[[분류:철도차량공학]]