KR100604421B1 - 저 중심 틸팅 철도차량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저 중심 틸팅 철도차량에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량은, 틸팅장치가 구비된 철도차량에 있어서; 차량의 무게 중심이 낮아지도록 틸팅동작되는 차체의 바닥부가 대차의 사이드 프레임 보다 하부에 위치되도록 구성되되, 상기한 틸팅 철도차량의 경우 차체의 각 일측단이 연결되어 차체가 상호 연접되도록 하는 대차와; 상기 대차에 차체의 일측단이 각각 연결 고정되며, 내부차체의 양단을 지지하는 외부차체와; 상기 외부차체에 고정되며, 곡선부 주행시 틸팅작용을 하되 사이드 프레임 보다 하부에 하단부가 위치되는 내부차체와; 상기 내부차체에 틸팅작용이 이루어질 수 있도록 틸팅제어하는 틸팅장치로 구성되어 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 틸팅차량의 무게중심을 낮춤으로써 곡선부 주행에서의 틸팅작용으로 인한 승객의 승차감 향상과 틸팅 회전 중심이 낮아짐에 따라 탈선에 대한 안전성 등을 향상시킴은 물론, 종래 차체의 무게 중심이 사이드 프레임 보다 상부에 위치됨에 따라 발생되었던 차체의 유동 및 진동에 의한 승객의 승차감 저하 등을 해소하여 직선부 주행에 따른 틸팅 철도차량의 주행성능도 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

철도차량, 틸팅, 저 중심, 틸팅장치, 연접대차, 구동수단, 회동수단, 지지롤러

Description

저 중심 틸팅 철도차량 {Tilting railroad car having low center of gravity}

도 1은 종래의 틸팅 철도차량이 곡선 선로를 주행할 때의 틸팅 상태도.

도 2는 종래기술에 의한 틸팅 철도차량을 개략적으로 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량의 정면도.

도 4는 본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량의 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 틸팅장치를 개략적으로 나타낸 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 저 중심 틸팅 철도차량용 대차에 적용된 현수장치를 통해 진동을 감쇄시키는 작동 상태도.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 저 중심 틸팅 철도차량의 곡선부 주행시의 틸팅과정을 나타낸 상태도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

100. 대차 101. 차륜

102. 1차 현수장치 103. 사이드 프레임

104. 2차 현수장치 110. 내부차체

113. 좌석 114. 가이드 홈

115. 래크기어 120. 외부차체

121. 통로 122. 몸체 지지부

123. 지지롤러 130. 틸팅장치

131. 구동모터 132. 구동기어

133. 피동기어

본 발명은 틸팅 철도차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대차 상단에 차체의 각 일측단을 연결하여 각 차체가 대차를 통해 상호 연접됨과 동시에, 곡선부 주행시 틸팅장치에 의한 틸팅작용이 이루어질 수 있도록 구성된 틸팅 철도차량에 있어, 상기 틸팅 철도차량의 무게 중심이 낮아지도록 차체의 바닥부가 대차의 사이드 프레임 보다 하부에 위치되게 설치 구성함으로써, 곡선부 주행시의 틸팅작용에 의해 승객의 승차감 향상과 틸팅 회전 중심이 낮아짐에 따라 탈선에 대한 안전성 등을 향상시킴은 물론, 종래의 틸팅차량에서 차체의 무게 중심이 사이드 프레임 보다 높은 상태에서 발생되었던 차체의 유동 및 진동에 의한 승객의 승차감 저하 등을 해소하여 직선부 주행시에도 틸팅 철도차량의 주행성능을 향상시킬 수 있도록 한 저 중심 틸팅 철도차량에 관한 것이다.

일반적으로, 철도차량의 곡선부 주행시에는 객실 내에 승차하고 있던 승객들 이 원심력 작용에 의해 곡선부의 외측방향으로 쏠림이 발생하게 되어 이에 대한 승객의 불편함을 겪게 되는 문제점이 있었는데, 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 상기 철도차량의 곡선부 주행시 승객의 쏠림이 방지되도록 하기 위해 틸팅 철도차량이 제안되었다.

이와 같이 곡선부 주행시 원심력에 의한 승객의 쏠림을 방지하기 위해 제안된 종래 틸팅 철도차량의 틸팅작용은 도 1에 도시한 바와 같다.

상기한 틸팅작용은 곡선부 주행시 차체를 도 1과 같이 곡선의 안쪽으로 기울어지게 하는 기술로서, 선로의 곡선부를 주행함으로써 발생하는 원심가속도

의 횡방향 성분

을 중력가속도(g)의 횡방향 성분

으로 감쇄시켜 결과적으로 승객이 느끼는 횡가속도를 저감시키는 기술이다.

철도차량에 이와 같은 틸팅기술을 적용하면 승객이 느끼는 승차감의 향상뿐만 아니라 곡선부 통과속도를 증가시킬 수 있게 되므로 운행시간이 단축되며, 곡선부 통과시의 가감속 빈도도 줄어들어 그 만큼의 에너지 소비도 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기한 틸팅기술은 곡선부에서 약 30%정도의 속도향상을 가능하게 해주는데 이와 같은 곡선부의 속도제한은 궤도여건이나 차량의 성능에 따른 제한보다는 승차감의 저하를 방지하기 위해 규정지어지며, 특히 곡선부 주행시 차량에 작용하는 횡가속도가 일정값(국내의 경우 0.08g)을 초과하지 않도록 제한되어 있다.

이상과 같은 틸팅작용이 이루어지는 철도차량으로서, 2003년 3월 14일자로 출원된 곡선부 고속주행용 철도차량 회전, 경사차체(출원번호 10-2003-16153호)(이하, 틸팅 철도차량이라 함)가 제안된 바 있는데, 상기 틸팅 철도차량의 경우 도 2에 도시한 바와 같이, 내부엔 좌석(13)이 배치되고, 양측면엔 창문(미도시)과 출입문(미도시)이 형성된 원통형상의 내부차체(10)와; 상기 내부차체(10)의 양단을 수용하여 회전하도록 내주면을 원형으로 형성하되, 상측엔 판토그라프(21)를 설치하기 위한 상측지지대(22)가 형성되고, 하측엔 대차(5)를 설치하기 위한 하측지지대(25)가 형성된 외부차체(20)와; 상기 외부차체(20)의 하측지지대 공간부(24)에 설치되어 모터(미도시)의 회전력을 통해 내부차체(10)가 회전되도록 하는 회전부(30)와; 상기 회전부(30)의 회전에 의해 내부차체(10)가 외부차체(20) 내에서 회전할 때 가이드하는 가이드부(40)로 구성되어 있다.

이 때, 상기 회전부(30)는 외부차체(20)의 하측지지대 공간부(24)에 설치된 회전모터와; 상기 회전모터에 축 결합된 구동기어(31)와; 상기 구동기어(31)에 치합되도록 공간부(24)에 축설된 감속기어(33)와; 상기 감속기어(33)가 외부차체(20)의 회전공(23)을 통해 상기 내부차체(10)의 하측 외주면과 치합되도록 형성된 회전기어(16)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 회전부(30)의 구동에 의해 내부차체(10)가 외부차체(20) 내에서 회전할 때 가이드될 수 있도록 상기 외부차체(20)의 하측지지대(25)와 상기 내부차체(10)의 내/외주면에 가이드 레일(41)과 런너블럭(42)으로 이루어진 가이드부(40)가 형성되어 있는데, 이 때 상기 외부차체(20)의 하측지지대(25) 내주면엔 가이드 레일(41)이 형성되고, 상기 내부차체(10)의 하측 외주면엔 런너블럭(42)이 형 성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 틸팅 철도차량의 경우, 곡선부 주행에 따라 회전부(30)의 회전모터가 회전하게 되면, 상기 회전모터에 축 결합된 구동기어(31)와 상기 구동기어(31)에 연접된 감속기어(33)간의 연동작용을 통해 회전모터의 회전력이 구동기어(31)를 거쳐 감속기어(33)로 전달되게 되고, 상기 감속기어(33)로 전달된 회전력은 감속기어(33)와 상기 감속기어(33)에 연접된 내부차체(10)의 회전기어(16)간의 연동작용을 통해 감속기어(33)의 회전력이 회전기어(16)에 전달됨과 아울러, 상기 감속기어(33)의 회전에 따른 회전기어(16)가 원주방향의 일측으로 회동 이송되면서 상기 내부차체(10)가 곡선부의 내측방향으로 회동되는 틸팅작용이 이루어져 곡선부 주행시 초과 원심 가속도에 의한 승객의 쏠림이 방지되게 된다.

더욱이, 상기 내부차체(10)의 틸팅작용시 외부차체(20)의 하측지지대(25) 내주면에 형성된 가이드 레일(41)을 따라 상기 내부차체(10)의 하측 외주면에 형성된 런너블럭(42)이 이송하게 되면서 상기 외부차체(20) 내에서 내부차체(10)의 틸팅을 가이드하게 되며, 이로 인해 틸팅 철도차량에 승차한 승객의 쏠림이 방지되면서 승차감이 향상됨과 아울러, 곡선선로 상에서의 통과속도 역시 향상되게 되는 등의 장점이 있지만, 상기한 종래 틸팅 철도차량의 경우, 전체적으로 차량의 무게 중심이 대차(5)의 사이드 프레임(7) 보다 상부에 위치하기 때문에, 곡선부 주행시는 물론 직선부 주행시에도 차륜(5)으로부터 차체로 전달되는 진동이 심하게 되고, 이로 인해 승객의 승차감이 저하되게 되는 등의 커다란 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같이 차체의 무게 중심이 대차(5)의 사이드 프레임(7) 보다 상 부에 위치함에 따라 주행속도에 관계없이 차체의 유동이 심하게 발생되기 때문에, 이에 따른 틸팅 철도차량의 주행성능이 크게 저하될 수밖에 없는 문제점도 있었다

더욱이, 상기와 같이 틸팅 철도차량의 무게 중심이 높은 상태에서 곡선부 및 직선부 주행시 차체의 유동이 주행속도의 증가에 따라 더욱 심하게 발생하게 되고, 상기와 같이 주행 중 차체의 유동이 심하게 발생할 경우 철도차량이 선로를 이탈하거나 전복되게 되는 문제점도 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 대차 상단에 차체의 각 일측단을 연결하여 각 차체가 대차를 통해 상호 연접됨과 동시에, 곡선부 주행시 틸팅장치에 의한 틸팅작용이 이루어질 수 있도록 구성된 틸팅 철도차량에 있어, 상기 틸팅 철도차량의 무게 중심이 낮아지도록 차체의 바닥부가 대차의 사이드 프레임 보다 하부에 위치되게 설치 구성함으로써, 곡선부 주행시에 틸팅작용으로 인한 승객의 승차감 향상과 틸팅 회전 중심이 낮아짐에 따라 탈선에 대한 안전성 등을 향상시킴은 물론, 종래 철도차량의 무게 중심이 높은 상태에서 발생되었던 차체의 유동 및 진동에 의한 승객의 승차감 저하 등을 해소하여 직선부 주행시에도 틸팅 철도차량의 주행성능을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 저 중심 틸팅 철도차량의 틸팅장치에 있어, 대차에 연결 고정되는 외부차체의 몸체 지지부 내측 하단엔 내부차체의 지지를 위한 지지롤러를 설치하고, 상기 지지롤러와 구름접촉되는 내부차체의 하측 외주면엔 가이드 홈을 형성함으로써, 곡선부 주행에 따른 틸팅작용시 상기 지지롤러와 가이드 홈과의 상대적인 구름운동에 따라 상기 외부차체의 몸체 지지부 내에서 보다 원활한 내부차체의 틸팅작용이 이루어질 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량은, 틸팅장치가 구비된 철도차량에 있어서;

차량의 무게 중심이 낮아지도록 틸팅동작되는 차체의 바닥부가 대차의 사이드 프레임 보다 하부에 위치되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 틸팅장치가 구비된 철도차량은 차체의 각 일측단이 연결되어 차체가 상호 연접되도록 하는 대차와; 상기 대차에 차체의 일측단이 각각 연결 고정되며, 내부차체의 양단을 지지하는 외부차체와; 상기 외부차체에 고정되며, 곡선부 주행시 틸팅작용을 하되 사이드 프레임 보다 하부에 하단부가 위치되는 내부차체와; 상기 내부차체에 틸팅작용이 이루어질 수 있도록 틸팅제어하는 틸팅장치로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 각 외부차체에 내부차체의 양단이 고정됨과 동시에, 내부차체를 지지할 수 있도록 상기 각 외부차체에 몸체 지지부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 틸팅장치는 각 외부차체의 일측면에 설치되어 내부차체의 틸팅시 구동력을 발생하는 구동모터와; 상기 구동모터의 구동력을 전달하여 내부차체가 틸팅될 수 있도록 설치된 구동수단과; 상기 구동수단으로부터 전달된 구동력을 통해 내부차체가 회동되면서 틸팅될 수 있도록 내부차체의 양단 외주면 하측에 형성된 회동수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 구동수단은 구동모터에 축설된 구동기어와; 상기 구동기어에 치합되어 연동하면서 내부차체에 구동기어의 회전력을 전달하는 피동기어로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회동수단은 구동수단의 피동기어와 연접되며, 구동수단으로부터 전달된 구동력을 회동력으로 변환하여 각 외부차체의 몸체 지지부로부터 내부차체가 틸팅될 수 있도록 하는 래크기어인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 래크기어의 양측에는 구동수단의 피동기어와 내부차체의 래크기어간 연동을 통해 틸팅되는 내부차체를 외부차체의 몸체 지지부로부터 가이드 하는 가이드 홈이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 외부차체의 몸체 지지부 내측 하단에는 내부차체의 틸팅이 가능하도록 지지함과 동시에, 상기 래크기어 양측에 형성된 가이드 홈과 대응 결합될 수 있도록 지지롤러가 이격 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 내부차체는 내부에 좌석을 형성함과 아울러, 창문과 출입문이 형성된 원통형상으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 대차는 각 차체가 상호 연접될 수 있도록 각 차체의 일측단과 연결 구성되는 연접대차인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량의 정면도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량의 단면도를 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명에 따른 틸팅장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량은, 철도차량이 곡선부 주행시 내부차체(110)가 회전하여 초과 원심 가속도를 보상하기 위한 틸팅작용을 통해 곡선 선로상에서 승객의 쏠림이 방지될 수 있도록 틸팅장치가 구비된 철도차량에 있어,

차량의 무게 중심이 낮아지도록 틸팅동작되는 차체의 바닥부가 대차(100)의 사이드 프레임(103) 보다 하부에 위치되도록 구성되어 있는데, 상기한 틸팅 철도차량의 세부적인 구성을 살펴보면, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 차체의 각 일측단이 연결되어 차체가 상호 연접되도록 하는 대차와(100)와; 상기 대차(100)에 차체의 일측단이 각각 연결 고정되며, 내부차체(110)의 양단을 지지하는 외부차체(120)와; 상기 외부차체(120)에 고정되며, 곡선부 주행시 틸팅작용을 하되 사이드 프레임(103) 보다 하부에 하단부가 위치되는 내부차체(110)와; 상기 내부차체(110)에 틸팅작용이 이루어질 수 있도록 틸팅제어하는 틸팅장치(130)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 대차(100)는 도 3에 도시한 바와 같이, 소정 형상의 대차(100)에 있어서 사이드 프레임(103)의 양측 하단과 차축의 양단에 압입된 차륜(101)으로부터 사이드 프레임(103)측으로 전달되는 진동을 감쇄시키기 위한 1차 현수장치(102)가 설치되는데, 이 때 상기 1차 현수장치(102)는 코일 스프링 또는 러버 스프링이 사용될 수 있고, 상기 사이드 프레임(103) 상단에는 2차 현수장치(104)가 설치되는데, 이 때 상기 2차 현수장치(104)는 에어 스프링 또는 코일 스프링이 사용 되게 된다.

특히, 1차 현수장치(102)는 차륜(101)의 외측에 각각 2개씩 1 차축당 총 4개가 설치되며, 상기 2차 현수장치(104)의 경우에는 사이드 프레임(103) 상단 양측 중앙부에 각각 1개씩 1 대차당 총 2개가 설치되게 된다.

그리고, 상기한 구조로 이루어진 대차(100)의 경우 각 차체 즉, 분리된 객차와 객차가 대차(100)를 통해 상호 연접될 수 있도록 각 차체의 일측단들을 대차(100)의 센터 프레임(미도시) 중심부에 연결 고정시켜 사용하게 되는데, 이와 같은 대차(100)를 일반적으로 연접대차라 칭한다.

한편, 상기 외부차체(120)는 대차(100) 상단 즉, 센터 프레임의 중심부에 차체의 일측단이 각각 연결 고정됨과 동시에, 내부차체(110)의 양단과 각각 결합되어 상기 내부차체(110)를 지지하는 역할을 하는 구성요소로서, 상기 외부차체(120)에는 도 3에 도시한 바와 같이, 승객이 철도차량으로 승차하기 위한 출입구(미도시)와, 상기 출입구와 연통되어 승차한 승객이 객차 즉, 내부차체(110)로 이동하기 위한 통로(121)가 형성되어 있는데, 이 때 상기 각 외부차체(120)의 통로(121)측에는 상기 각 외부차체(120)에 내부차체(110)의 양단이 고정됨과 동시에, 내부차체(110)를 지지할 수 있도록 몸체 지지부(122)가 형성되어 있다.

또한, 상기 각 외부차체(120)의 몸체 지지부(122) 내측 하단에는 틸팅시 내부차체(110)가 외부차체(120)로부터 회동이 가능하도록 지지함과 동시에, 상기 내부차체(110) 양단 하측의 래크기어(115) 양측에 형성된 가이드 홈(114)과 대응 결합될 수 있도록 지지롤러(123)가 설치되어 있는데, 이 때 상기 지지롤러(123)의 경 우 내부차체(110)의 원주면 중심을 기준으로 하여 상호 이격된 상태로 설치되어 있으며, 바람직하게는 상기 래크기어(115)의 양측에 형성된 가이드 홈(114)과 각각 대응될 수 있도록 전방측 가이드 홈(114)에 2개씩, 후방측 가이드 홈(114)에 2개씩 총 4개가 설치되어 있다.

그리고, 상기 내부차체(110)는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 내부에 좌석(113)을 형성함과 아울러, 창문과 출입문(미도시)이 형성되어 있는 등 전체형상이 원통형상으로 이루어짐과 동시에, 곡선부 주행시 틸팅작용을 통해 승객의 쏠림을 방지하며, 특히 내부차체(110)의 하부가 사이드 프레임(103) 보다 하부에 위치되도록 상기 외부차체(120)의 몸체 지지부(122)에 고정되는 등, 전체적으로 차체의 무게 중심이 낮아지게 설치되어 있다.

이와 같이 내부차체(110)의 하부가 사이드 프레임(103) 보다 하부에 위치되는 상태 즉, 무게 중심이 사이드 프레임(103) 보다 낮아질 경우 곡선부 주행에서의 틸팅작용으로 인한 승객의 승차감 향상은 물론, 주행 차량의 탈선에 대한 안전성까지 향상되게 되는 특징적 효과를 이룰 수 있다.

또한, 상기 틸팅장치(130)는 곡선부 주행시에 내부차체(110)에 틸팅작용이 이루어질 수 있도록 상기 외부차체(120)와 내부차체(110) 사이에 설치된 구성요소로서, 상기한 틸팅장치(130)의 경우 도 5에 도시한 바와 같이, 각 외부차체(120)의 일측면에 설치되어 내부차체(110)의 틸팅시 구동력을 발생하는 구동모터(131)와; 상기 구동모터(131)의 구동력을 전달하여 내부차체(110)가 틸팅될 수 있도록 구동모터(131)와 내부차체(110)가 상호 연접되게 설치된 구동수단과; 상기 구동수단으 로부터 전달된 구동력을 통해 내부차체(110)가 회동되면서 틸팅될 수 있도록 내부차체(110)의 양단 외주면 하측에 형성된 회동수단으로 구성되어 있다.

이 때, 상기 구동수단의 경우, 구동모터(131)에 축설된 구동기어(132)와; 상기 구동기어(132)에 치합되어 연동하면서 내부차체(110)에 구동기어(132)의 회전력을 전달하는 피동기어(133)로 구성되어 있어, 곡선부 주행시 내부차체(110)의 틸팅작용을 위한 구동모터(131)의 구동력을 상기 모터(131)에 축 결합된 구동기어(132)와 피동기어(133)간의 연동작용을 통해 내부차체(110)에 전달하여 상기 구동모터(131)의 회전속도에 비해 감속된 상태로 내부차체(110)가 일정각도로 회동하게 된다.

또한, 상기 회동수단의 경우, 구동수단으로부터 전달된 구동력을 회동력으로 변환하여 각 외부차체(120)의 몸체 지지부(122)로부터 내부차체(110)가 틸팅될 수 있도록 내부차체(110)의 양단 외주면 하측에 형성된 래크기어(115)로 이루어져 있는데, 이 때 상기 래크기어(115)의 경우 내부차체(110)의 틸팅작용을 위한 구동모터(131)의 구동력이 상기 구동기어(132)와 연동작용이 이루어지는 피동기어(133)를 통해 내부차체(110)의 외주면 하측에 형성된 래크기어(115)에 전달되어 상기 피동기어(133)의 회전력을 통해 래크기어(115)가 좌/우 이동되면서 내부차체(110)가 일정각도로 회동하게 된다.

더욱이, 상기 내부차체(110)의 양단 외주면 하측에 형성된 래크기어(115)의 양측에는 구동수단의 피동기어(133)와 내부차체(110)의 래크기어(115)간 연동을 통해 틸팅되는 내부차체(110)를 외부차체(120)의 몸체 지지부(122)로부터 가이드 하 기 위한 가이드 홈(114)이 형성되어 있는데, 이 때 상기 가이드 홈(114)의 경우, 상기 외부차체(120)의 몸체 지지부(122) 내측 하단에 이격 설치된 지지롤러(123)와 대응 결합되어 상기 지지롤러(123)에 대한 가이드 홈(114)의 상대적인 구름운동을 통해 외부차체(120)의 몸체 지지부(122) 내에서 내부차체(110)가 회동하게 된다.

이하, 본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량이 곡선부 주행시 승객의 쏠림을 방지하기 위한 틸팅과정에 대하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 저 중심 틸팅 철도차량용 대차에 적용된 현수장치를 통해 진동을 감쇄시키는 작동 상태를 나타낸 것이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 저 중심 틸팅 철도차량의 곡선부 주행시의 틸팅과정을 나타낸 상태도이다.

우선, 본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량이 곡선부 주행시의 틸팅과정을 설명하기에 앞서, 철도차량이 주행시 차륜(101)으로부터 차체로 진동이 전달되는 과정에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

도 3과 같이 외부차체(120)의 각 일측단이 연결되어 각 차체가 상호 연접되도록 하는 대차(100) 상단에 본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량이 고정된 상태에서 상기 틸팅 철도차량의 주행에 따라 유기되는 진동이 대차(100)에 작용하게 되면, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 먼저 사이드 프레임(103) 양측 하부에 조립 설치된 윤축의 베어링 박스 양측에 설치된 1차 현수장치(102)인 코일 스프링의 탄성력에 의해 차륜(101)으로부터 전달된 진동이 1차적으로 감쇄되게 된다.

그리고, 상기 1차 현수장치(102)인 코일 스프링을 통해 1차적으로 감쇄된 진 동은 상기 사이드 프레임(103)의 양측 중심부 상단에 고정된 2차 현수장치(104)인 에어 스프링을 거쳐 상기 에어 스프링 상단에 고정된 외부차체(120)와 상기 외부차체(120)의 몸체 지지부(122)에 고정 지지되는 내부차체(110)로 전달되게 되는데, 이 때 상기 사이드 프레임(103)에 설치된 2차 현수장치(104)를 거쳐 외부차체(120) 및 내부차체(110)로 전달되는 진동의 경우, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 상기 사이드 프레임(103)과 외부차체(120) 사이에 설치된 2차 현수장치(104)인 에어 스프링의 완충작용을 통해 2차적으로 감쇄되는 등, 상기 차륜(101)으로부터 사이드 프레임(103)을 거쳐 외부차체(120) 및 내부차체(110)로 전달되는 진동을 최종적으로 감쇄시켜 승객의 안락한 승차감을 제공하게 된다.

그 다음으로, 본 발명이 적용된 틸팅 철도차량의 곡선주행에 따른 틸팅과정에 대하여 설명한다.

상기와 같이 직선선로를 주행중이던 본 발명의 틸팅 철도차량이 곡선 선로구간을 주행하게 되면, 곡선부 주행을 감지하는 센서(미도시)가 동작하여 틸팅지령을 하게 되고, 이에 따라 틸팅장치(130)를 작동시켜 상기 작동된 틸팅장치(130)에 의해 외부차체(120)의 몸체 지지부(122)에 고정 지지된 내부차체(110)가 곡선부의 내측방향으로 틸팅되면서 상기 곡선부 주행에 따른 승객의 쏠림을 방지하게 되는데, 이 때 상기 틸팅장치(130) 작동에 의한 내부차체(110)의 틸팅과정을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 틸팅 철도차량의 곡선부 주행에 따른 승객의 쏠림을 방지하기 위하여 상기 틸팅장치(130)를 동작시키게 되면 도 7에 도시한 바와 같이 상기 틸팅장치(130)의 구성요소 중 각 외부차체(120)의 일측면에 설치된 구동모터(131)가 회전하게 되고, 상기 구동모터(131)의 회전력은 상기 모터에 축 결합된 구동기어(132)를 거쳐 상호 연접된 구동기어(132)와 피동기어(133)간의 연동작용을 통해 상기 피동기어(133)에 전달되게 된다.

또한, 상기 구동기어(132)와의 연동작용을 통해 피동기어(133)로 전달된 회전력은 다시 피동기어(133)를 거쳐 상기 피동기어(133)와 연접된 회동수단 즉, 내부차체(110)의 양단 외주면 하측에 형성된 래크기어(115)로 전달되면서 상기 피동기어(133)의 회전에 따른 래크기어(115)가 원주방향의 일측으로 회동 이송하게 되고, 상기 래크기어(115)의 회동 이송작용에 따른 내부차체(110)는 도 8에 도시한 바와 같이, 곡선부의 내측방향으로 회동되는 틸팅작용이 이루어지면서 곡선주행에 따른 승객의 쏠림이 방지되게 된다.

그리고, 상기와 같은 내부차체(110)의 틸팅작용시 내부차체(110)의 양단 외주면 하측 래크기어(115)의 양측에 형성된 가이드 홈(114)과 대응 결합됨과 동시에, 상기 내부차체(110)가 회동 가능하게 지지하도록 외부차체(120)의 몸체 지지부(122) 내측 하단에 이격 설치된 지지롤러(123)가 상기 내부차체(110)의 가이드 홈(114)과의 상대적인 구름운동이 이루어짐에 따라 상기 외부차체(120)의 몸체 지지부(122) 내에서 보다 원활한 내부차체(110)의 틸팅작용이 이루어지게 된다.

이상과 같은 내부차체(110)의 틸팅작용을 통해 곡선부 주행에 따른 승객의 쏠림을 방지하도록 구성된 본 발명의 틸팅 철도차량의 경우, 틸팅차량의 무게중심을 낮춤으로써 곡선부 주행에서의 틸팅작용으로 인한 승객의 승차감 향상과 틸팅 회전 중심이 낮아짐에 따라 탈선에 대한 안전성 등을 향상시킴은 물론, 상기 외부차체(120)의 몸체 지지부(122)에 고정 지지되는 내부차체(110)가 사이드 프레임(103) 보다 하부에 위치됨에 따라 전체적으로 차체의 무게 중심이 낮아지게 되면서 이로 인한 종래의 문제점 즉, 철도차량의 무게 중심이 높은 상태에서 발생되었던 차체의 유동 및 진동에 의한 승객의 승차감 저하 등을 해소하여 직선부 주행시에도 틸팅 철도차량의 주행성능을 향상시킬 수 있는 등의 매우 효과적인 발명인 것이다.

이상에서와 같이 상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

본 발명의 저 중심 틸팅 철도차량은, 대차 상단에 차체의 각 일측단을 연결하여 각 차체가 대차를 통해 상호 연접됨과 동시에, 곡선부 주행시 틸팅장치에 의한 틸팅작용이 이루어질 수 있도록 구성된 틸팅 철도차량에 있어, 상기 틸팅 철도차량의 무게 중심이 낮아지도록 차체의 바닥부가 대차의 사이드 프레임 보다 하부에 위치되게 설치 구성함으로써, 곡선부 주행시에 틸팅작용으로 인한 승객의 승차 감 향상과 틸팅 회전 중심이 낮아짐에 따라 탈선에 대한 안전성 등을 향상시킴은 물론, 종래 철도차량의 무게 중심이 높은 상태에서 발생되었던 차체의 유동 및 진동에 의한 승객의 승차감 저하 등을 해소하고, 직선주행시에도 틸팅 철도차량의 주행성능을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 저 중심 틸팅 철도차량의 틸팅장치에 있어, 대차에 연결 고정되는 외부차체의 몸체 지지부 내측 하단엔 내부차체의 지지를 위한 지지롤러를 설치하고, 상기 지지롤러와 구름접촉되는 내부차체의 하측 외주면엔 가이드 홈을 형성함으로써, 곡선부 주행에 따른 틸팅작용시 상기 지지롤러와 가이드 홈과의 상대적인 구름운동에 따라 상기 외부차체의 몸체 지지부 내에서 보다 원활한 내부차체의 틸팅작용이 이루어지게 되는 효과도 있다.

Claims (10)

1. 틸팅장치가 구비된 철도차량에 있어서;

   차량의 무게 중심이 낮아지도록 틸팅동작되는 차체의 바닥부가 대차의 사이드 프레임 보다 하부에 위치되도록 구성되되,

   상기 틸팅장치가 구비된 철도차량은 차체의 각 일측단이 연결되어 차체가 상호 연접되도록 하는 대차와;

   상기 대차에 차체의 일측단이 각각 연결 고정되며, 내부차체의 양단을 지지하는 외부차체와;

   상기 외부차체에 고정되며, 곡선주행시 틸팅작용을 하되 사이드 프레임 보다 하부에 위치되는 내부차체와;

   상기 외부차체에 내부차체의 양단이 고정됨과 동시에, 내부차체를 지지할 수 있도록 형성된 몸체 지지부와;

   상기 내부차체에 틸팅작용이 이루어질 수 있도록 틸팅제어하는 틸팅장치로 구성된 것을 특징으로 하는 저 중심 틸팅 철도차량.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 틸팅장치는 각 외부차체의 일측면에 설치되어 내부차체의 틸팅시 구동력을 발생하는 구동모터와;

   상기 구동모터의 구동력을 전달하여 내부차체가 틸팅될 수 있도록 설치된 구동수단과;

   상기 구동수단으로부터 전달된 구동력을 통해 내부차체가 회동되면서 틸팅될 수 있도록 내부차체의 양단 외주면 하측에 형성된 회동수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 저 중심 틸팅 철도차량.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 구동수단은 구동모터에 축설된 구동기어와;

   상기 구동기어에 치합되어 연동하면서 내부차체에 구동기어의 회전력을 전달하는 피동기어로 구성되고,

   상기 회동수단은 구동수단의 피동기어와 연접되며, 구동수단으로부터 전달된 구동력을 회동력으로 변환하여 각 외부차체의 몸체 지지부로부터 내부차체가 틸팅될 수 있도록 하는 래크기어인 것을 특징으로 하는 저 중심 틸팅 철도차량.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서, 상기 래크기어의 양측에는 구동수단의 피동기어와 내부차체의 래크기어간 연동을 통해 틸팅되는 내부차체를 외부차체의 몸체 지지부로부터 가이드 하는 가이드 홈이 더 구비된 것을 특징으로 하는 저 중심 틸팅 철도차량.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 각 외부차체의 몸체 지지부 내측 하단에는 내부차체의 틸팅이 가능하도록 지지함과 동시에, 상기 래크기어 양측에 형성된 가이드 홈과 대응 결합될 수 있도록 지지롤러가 이격 형성된 것을 특징으로 하는 저 중심 틸팅 철도차량.
9. 제 1 항에서부터 제 8 항까지 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부차체는 내부에 좌석을 형성함과 아울러, 창문과 출입물이 형성된 원통형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 저 중심 틸팅 철도차량.
10. 삭제

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