KR100882527B1 - 자기 부상 차량의 주행 안정화 장치 - Google Patents

자기 부상 차량의 주행 안정화 장치 Download PDF

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이남진
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현대로템 주식회사
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Abstract

본 발명은 자기부상 차량의 주행 안정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 곡선 구간의 주행시 대차에서 발생하는 회전 변위 및 횡 변위를 안정적으로 확보하여, 부상전자석의 곡선 궤도 추정성과 곡선 통과 성능을 향상시킬 수 있는 자기부상 차량의 주행 안정화 장치에 관한 것이다. 그 구성은 하부에 전방 대차, 중간 대차, 후방 대차를 결합 수용하는 자기부상 차량에 있어서, 상기 전방 대차와 후방 대차의 사이드 프레임과 중간 대차의 사이드 프레임 사이에는 중간 대차와 차체 사이에서 발생하는 횡 변위가 상기 전방 대차 및 후방 대차와 차체 사이에서 발생하는 회전 변위와 연동 될 수 있도록 좌우로 선회 동작하는 조향 링크가 형성되고, 상기 전방 대차와 후방 대차의 사이드 프레임 상면에는 상기 전방 대차 및 후방 대차와 차체 사이에서 발생하는 회전 변위를 흡수하여 허용 회전량을 확보토록 한 선회 베어링이 형성되며, 상기 중간 대차의 사이드 프레임 상면으로는 곡선 구간 주행시 중간 대차와 차체 사이에서 발생하는 횡 변위를 흡수하는 선형 베어링으로 이루어지는 주행 안정화 장치가 형성된 것을 특징으로 한다.
자기부상 차량, 주행 안정화 장치, 변위

Description

자기 부상 차량의 주행 안정화 장치{DRIVING STABILIZATION APPARATUS FOR A MAGNETIC LEVITATION PROPULSION TRAIN}
본 발명은 자기부상 차량의 주행 안정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 곡선 구간의 주행시 대차에서 발생하는 회전 변위 및 횡 변위를 차체와 허용변위의 저항력에서 흡수할 수 있도록 함으로써, 부상전자석의 곡선 궤도 추정성과 곡선 통과 성능을 향상시킬 수 있는 자기부상 차량의 주행 안정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자기부상 차량의 부상 방식은 대차의 각 사이드 프레임을 한 개의 프레임으로 연결하고 그 내부에 횡 방향 및 수직방향으로 댐퍼 등을 힌지형으로 부착하여 각각 독립적으로 동작할 수 있도록 되어 있다.
또한, 다른 예로는 사이드프레임의 양단부에 독립적으로 엔티롤 빔(Anti - Roll Beam)을 핀으로 체결하여 상하 및 좌우 방향의 힘이 반대편 사이드 프레임에 영향을 미치지 않도록 되어 있다.
즉, 사이드 프레임을 독립적으로 움직이게 하므로 곡선 주행시 사이드 프레임에 부착되어 있는 전자석의 폴(Pole)이, 선로 상을 벗어나지 않게 하여 자기부상 차량의 부상력의 저하를 방지하여 원활한 주행을 할 수 있도록 하고 있다.
그러나, 이러한 전자석을 활용한 부상 시스템은 선로를 추종하는 선로 방향의 복원력과 횡 진동에 대한 댐핑력이 철제차륜형 철도차량에 비해 부족하여 횡 방향 거동이 불안하게 되고, 이에 따라 자기 부상 차량은 곡선 통과 성능의 저하와 곡선 궤도상에서 차체와 대차 사이에서 발생하는 회전 변위 및 횡 변위에 따른 간섭으로 인해 부상 전자석의 곡선 궤도 추정성과 곡선 통과 성능을 저하를 가져오는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자기부상 차량에 조향 링크, 선회 베어링(영문으로는 Slewing Ring Bearing 또는 줄여서 Slewing Bearing 이라고 함.), 선형 베어링(Linear Bearing)으로 이루어지는 주행 안정화 장치를 형성함으로써, 자기부상 차량의 주행시 곡선구간에서 차체와 대차 사이에서 발생하는 회전 변위 및 횡 변위에 따른 저항력을 최소화하여 곡선 궤도의 추종성과 곡선 구간의 통과 성능을 향상시키도록 한 자기부상 차량의 주행 안정화 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하부에 전방 대차, 중간 대차, 후방 대차를 결합 수용하는 자기부상 차량에 있어서, 상기 전방 대차와 후방 대차의 사이드 프레임과 중간 대차의 사이드 프레임 사이에는 중간 대차와 차체 사이에서 발 생하는 횡 변위가 상기 전방 대차 및 후방 대차와 차체 사이에서 발생하는 회전 변위와 연동 될 수 있도록 좌우로 선회 동작하는 조향 링크가 형성되고, 상기 전방 대차와 후방 대차의 사이드 프레임 상면에는 상기 전방 대차 및 후방 대차와 차체 사이에서 발생하는 회전 변위를 흡수하여 허용 회전량을 확보토록 한 선회 베어링이 형성되며, 상기 중간 대차의 사이드 프레임 상면으로는 곡선 구간 주행시 중간 대차와 차체 사이에서 발생하는 횡 변위를 흡수하여 차체와의 저항력을 최소화한 선형 베어링으로 이루어지는 주행 안정화 장치가 형성된 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 선형 베어링은 횡 방향으로 동작하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 조향 링크는 일단은 상기 중간 대차의 사이드 프레임 양단부 내측에 형성되고, 타 단은 상기 전방 대차와 후방 대차의 사이드 프레임의 일측단부 내측에 형성되어 X자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명은 자기 부상 차량의 곡선 구간 주행시 전방 대차 및 후방 대차와 차체 사이에서 발생하는 회전 변위를 흡수하여 변위에 대한 저항력을 낮추고, 중간 대차와 차체 사이에서 발생하는 횡 변위를 흡수하여 저항력을 줄임으로써, 자기부상 차량의 곡선 궤도 추정성과 곡선 통과 성능의 향상을 이룸과 동시에 중간 대차의 최대 횡 변위를 안정적으로 확보할 수 있는 등의 월등히 뛰어난 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 조향 링크를 사시 상태로 도시한 도면이고, 도 2a는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선회 베어링을 사시 상태로 도시한 도면이며, 도 2b는 도 2a의 A-A선 단면 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선형 베어링을 사시 상태로 도시한 도면이다.
그리고, 도 4는 본 발명에 따른 주행 안정화 장치인 조향 링크, 선회 베어링 및 선형 베어링으로 이루어지는 주행 안정화 장치를 형성한 자기부상 차량을 평면에서 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4를 측면에서 바라본 상태를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 주행 안정화 장치를 형성한 자기 부상 차량의 곡선통과시 동작 상태를 나타낸 도면이다.
상기 각 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 주행 안정화 장치(100)는 조향 링크(110), 선회 베어링(120) 및 선형 베어링(130)으로 대별되어 이루어진다.
상기 조향 링크(110)는, 양단부로 자기 부상 차량(200)의 대차(211, 212, 213)에 체결 고정을 위한 고정편(111)이 형성되고, 상기 고정편(111)의 일 측 부분으로는 힌지식 결합을 위한 핀 홀더(111a)가 형성되며, 상기 고정편(111)의 핀 홀더(111a)로는 연결대(112)가 핀(113)에 의해 결합 형성된다.
이러한 구성의 조향 링크(110)는 자기부상 차량(200)의 곡선 구간 주행시 전방 대차(211)와 차체(210) 사이에서 발생하는 회전 변위와 중간 대차(212)와 차 체(210) 사이에서 발생하는 횡 변위를 연동시키게 되고, 또 중간 대차(212)와 차체(210) 사이에서 발생하는 횡 변위와 후방 대차(213)와 차체(210) 사이에서 발생하는 회전 변위를 연동시키게 된다.
상기 전방 대차, 중간 대차, 후방 대차(211, 212, 213)는 좌우 양측으로 두 개의 사이드 프레임(211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b)이 형성되고, 상기 대차(211, 212, 213)의 사이드 프레임(211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b) 내측으로는 상기 사이드 프레임(211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b)을 고정시켜 주는 타이빔(211e, 212e, 213e)이 형성된다.
여기서, 상기 타이 빔(tie-beam)은 다른 용어로 안티롤 빔(antiroll beam)이라고 한다.
또, 상기 사이드 프레임(211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b) 상면으로는 진동을 흡수하는 공기 스프링(211d, 212d, 213d)이 결합 형성되고, 상기 공기 스프링(211d, 212d, 213d)의 상부로는 차체(210)와 결합 되는 볼스터(211c, 212c, 213c)가 결합 형성된다.
여기서, 상기 공기 스프링(211d, 212d, 213d)은 상기 볼스터(211c, 212c, 213c)와 사이드 프레임(211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b)간의 진동 등을 흡수하게 된다.
상기 선회 베어링(120)은, 바깥 측으로 위치하는 외측 롤러(Outer Roller)(121)와, 안쪽에 위치하는 내측 롤러(Inner Roller)(122)로 이루어지고, 상기 외측 롤러(121)와 내측 롤러(122)의 사이에는 구름 동작하는 스틸 볼(Steel Ball)(123)이 삽입 형성되는 구조를 갖는다.
또, 상기 외측 롤러(121)와 내측 롤러(122)의 경계면에는 수분이나, 이물질 등의 유입을 방지하기 위한 씰(Seal)(124)이 형성된다.
그리고, 상기 외측 롤러(121)와 내측 롤러(122)의 사이에 삽입되는 볼(123)의 종류는 여러 가지가 있으나, 보통 싱글타입(Single Ball), 더블타입(Double Ball), 크로스타입(Cross Ball) 등이 많이 사용되고 있으므로 필요에 따라 적절한 것을 선택할 수 있다.
이러한 선회 베어링(120)의 외측 롤러(121)는 상기 전방 대차(211) 및 후방 대차(213)의 볼스터(211c),(213c) 상면에 고정되고, 상기 외측 롤러(121)는 결합구멍(121a)을 통하여 회전가능하도록 차체(210)와 결합 된다.
따라서, 상기 선회 베어링(120)은 자기부상 차량(200)의 곡선 구간 주행시 전방 대차(211) 및 후방 대차(213)와 차체(210) 사이에서 발생하는 회전 변위를 흡수하여 허용 회전량을 확보하게 된다.
또, 상기 선형 베어링(130)은, 일반적으로 알려진 모든 타입을 다 적용할 수 있으나, 본 발명에서는 일례로써 하우징(131) 내에서 직선 구름 동작하는 다수의 원통형 롤러(132)가 삽입 형성되는 구조의 것을 적용하였다.
이러한 선형 베어링(130)의 하우징(131)은 상기 중간 대차(212)의 볼스터(212c) 상면에 고정되어 있다. 또 상기 원통형 롤러(132)는 상기 중간 대차(212)가 차체(210)와 결합 된 후에도 횡 방향으로 직선 구름 동작 가능하게 형성되어 있다.
이에 따라, 자기 부상 차량(200)의 곡선 주행시 상기 중간 대차(212)와 차체(210) 사이에서 발생하는 횡 변위를 흡수할 수 있어 최대 횡 변위를 안정적으로 확보하게 된다.
여기서, 상기 선형 베어링(130)은 일반적으로 직선으로 구름 동작가능하고, 자기부상 차량(200)의 차체(210)의 하중을 무리 없이 수용하여 구름 동작 될 수 있는 것이면 어느 것이라도 무방하게 적용될 수 있다.
상기와 같은 구성의 자기부상 차량(200)의 주행 안정화 장치(100)는, 전방 대차(211), 중간 대차(212), 후방 대차(213)에 형성된다.
즉, 상기 전방 대차(211)와 후방 대차(213)의 볼스터(211c),(213c) 상면으로는 선회 베어링(120)이 형성되고, 상기 중간 대차(212)의 볼스터(212c) 상면으로는 선형 베어링(130)이 형성되며, 상기 전방 대차(211)와 후방 대차(213)의 내외 측 사이드 프레임(211a),(211b),(213a),(213b)의 일 단부 내측 면과 상기 중간 대차(212)의 내외 측 사이드 프레임(212a),(212b)의 양단부 내측 면으로는 조향 링크(110)가 상호 교차하여 X자 형태를 이루도록 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 주행 안정화 장치(100)가 설치된 자기 부상 차량(200)을 운행하여 곡선 구간을 통과하게 되면, 전방 대차(211) 및 후방 대차(213)와 차체(210) 사이에서는 차량의 회전에 따라 회전 변위가 발생하게 된다. 이때, 상기 전방 대차(211)의 볼스터(211c)와 후방 대차(213)의 볼스터(213c) 상면에 형성된 선회 베어링(120)에 의해 상기 전방 대차(211)와 차체(210) 및 상기 후방 대 차(213)와 차체(210)가 상호 용이하게 선회 동작하게 되면서 회전 변위가 회전 저항(어떤 힘이나 조건에 굽히지 아니하고 거역하거나 버팀)으로 연결되지 않고 선회 베어링(120)에 의해 흡수되면서 차체(210)나 전방 대차(211)와 후방 대차(213)로 회전 저항이 전달되지 않게 되므로, 허용 회전량을 확보하게 된다.
즉, 곡선 구간의 주행시 전방 대차(211) 및 후방 대차(213)와 차체(210)의 사이에서 발생하는 회전 변위에 따른 회전 저항을 선회 베어링(120)을 통해 흡수되도록 함으로써, 회전 저항이 차체(210)나, 전방 대차(211) 및 후방 대차(213)로 전달되는 것을 방지하게 되는 것이다.
따라서, 곡선 구간 주행시 전방 대차(211)와 후방 대차(213)에 발생하는 회전 저항을 최소화하여 곡선 통과 성능을 향상시킬 수 있다.
동시에 상기 중간 대차(212)와 차체(210) 사이에서는 횡 변위(중간 대차가 차체의 중심으로부터 강제적으로 벗어나 회전하는 횡 방향으로 위치를 옮기는 것 즉, 점 P가 그 위치를 바꾸어 점 Q로 옮겼다고 하면 점 P의 변위는 벡터 P→Q로 나타낼 수 있다. 벡터 P→Q란 P에서 Q로 향하는 방향과 P에서 Q까지의 길이를 가지는 양)가 발생하게 된다.
이때, 상기 선형 베어링(130)에 의해 중간 대차(212)는 차체(210)의 중심으로부터 횡 방향으로 용이하게 이동하게 되고, 횡 변위가 저항으로 연결되지 않고 흡수되면서 차체(210)와 중간 대차(212)와의 사이에서 발생하는 횡 변위에 따른 저항력을 최소화할 수 있게 된다.
즉, 곡선 구간의 주행시 차체(210)와 결합된 중간 대차(212)가 상기 차 체(210)의 중심으로부터 횡 방향으로 이동이 강제적으로 이루어지지 않고, 상기 선형 베어링(130)에 의해 미끄럼 이동되도록 함으로써, 종래에 중간 대차가 차체의 중심으로부터 강제적으로 이동됨에 따라 발생하는 공기스프링(212d)의 횡 변위 저항에 의한 중간 대차(212)와 차체(210)와의 저항력을 상기 선형 베어링(130)에 의해 흡수되도록 하여 차체나 부상전자석으로의 전달을 방지하게 되는 것이다.
동시에, 곡선 구간의 주행시 상기 전방 대차(211)와 차체(210) 및 후방 대차(213)와 차체(210) 사이에서 발생하는 회전 변위와, 상기 중간 대차(212)와 차체(210) 사이에서 발생하는 횡 변위를 상기 조향 링크(110)의 동작에 의해 상호 연동 되도록 하여 차량의 안정성을 확보하게 된다.
즉, 곡선 구간의 주행시 상기 전방 대차(211)의 내측에 위치하는 사이드 프레임(211a)과 상기 중간 대차(212)의 외측에 위치하는 사이드 프레임(212b)에 연결된 조향 링크(110)에 의해 상기 중간 대차(212)에서 발생하는 공기스프링(212d)의 횡 변위에 의해 위치 이동된 외 측에 위치하는 사이드 프레임(212b)을 지지하도록 연동 되고, 상기 전방 대차(211)의 외 측에 위치하는 사이드 프레임(211b)과 상기 중간 대차(212)의 내측에 위치하는 사이드 프레임(212a)에 연결된 조향 링크(110)에 의해 상기 전방 대차(211)에서 발생하는 공기스프링(211d)의 회전 변위에 의해 위치 이동된 외 측에 위치하는 사이드 프레임(211b)을 지지하도록 연동 된다.
또, 상기 중간 대차(212)의 내측에 위치하는 사이드 프레임(212a)과 상기 후방 대차(213)의 외 측에 위치하는 사이드 프레임(213b)에 연결된 조향 링크(110)에 의해 상기 후방 대차(213)에서 발생하는 공기스프링(213d)의 회전 변위에 의해 위 치 이동된 외 측에 위치하는 사이드 프레임(213b)을 지지하도록 연동 되고, 상기 중간 대차(212)의 외 측에 위치하는 사이드 프레임(212b)과 상기 후방 대차(213)의 내측에 위치하는 사이드 프레임(213a)에 연결된 조향 링크(110)에 의해 상기 중간 대차(212)에서 발생하는 횡 변위에 의해 위치 이동된 외 측에 위치하는 사이드 프레임(212b)을 지지하도록 연동 된다.
따라서, 상기 선회 베어링(120)과 선형 베어링(130)의 적용으로 부족해진 차량의 안정성을 향상시키게 된다.
여기서, 상기 각 대차의 사이드 프레임은 곡선 구간 주행시 곡선 구간의 방향 즉, 내측으로 굽은 곡선인지 외 측으로 굽은 곡선인지에 따라 상기 각 대차의 사이드 프레임의 위치가 곡선 구간의 내측 또는 외 측으로 위치 변경될 수 있다.
즉, 내측에 위치하는 사이드 프레임이 외 측에 위치할 수 있고, 외 측에 위치하는 사이드 프레임이 내측에 위치할 수 있다.
이와 같이, 조향 링크(110)와 선회 베어링(120) 및 선형 베어링(130)으로 이루어지는 횡 변위 안정화 장치(100)에 의해 곡선 주행시 불안정해진 궤도의 추정성과 차량의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 조향 링크를 사시 상태로 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선회 베어링을 사시 상태로 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 A-A선 단면 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선형 베어링을 사시 상태로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 조향 링크, 선회 베어링 및 선형 베어링을 형성한 자기부상 차량을 평면에서 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4를 측면에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 주행 안정화 장치를 형성한 자기부상 차량의 곡선통과시 작동 상태를 나타낸 도면이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
100: 주행 안정화 장치 110 : 조향 링크
111 : 고정편 111a : 핀 홀더
112 : 연결대 113 : 핀
120 : 선회 베어링 121 : 외측 롤러
121a : 결합구멍 122 : 내측 롤러
123 : 스틸 볼 124 : 실(Seal)
130 : 선형 베어링 131 : 하우징
132 : 원통형 롤러 200 : 자기 부상 차량
210 : 차체 211 : 전방 대차
211a, 212a, 213a : 내측 사이드 프레임
211b, 212b, 213b : 외측 사이드 프레임
211c, 212c, 213c : 볼스터 211d, 212d, 213d : 공기스프링
211e, 212e, 213e : 타이 빔 212 : 중간 대차
213 : 후방 대차

Claims (3)

  1. 하부에 전방 대차, 중간 대차, 후방 대차를 결합 수용하는 자기부상 차량에 있어서,
    상기 전방 대차와 후방 대차의 사이드 프레임과 중간 대차의 사이드 프레임 사이에는 중간 대차와 차체 사이에서 발생하는 횡 변위가 상기 전방 대차 및 후방 대차와 차체 사이에서 발생하는 회전 변위와 연동 될 수 있도록 좌우로 선회 동작하는 조향 링크가 형성되고, 상기 전방 대차와 후방 대차의 사이드 프레임 상면에는 상기 전방 대차 및 후방 대차와 차체 사이에서 발생하는 회전 변위를 흡수하여 허용 회전량을 확보토록 한 선회 베어링이 형성되며, 상기 중간 대차의 사이드 프레임 상면으로는 곡선 구간 주행시 중간 대차와 차체 사이에서 발생하는 횡 변위를 흡수하여 차체와의 저항력을 최소화한 선형 베어링으로 이루어지는 주행 안정화 장치가 형성된 것을 특징으로 하는 자기부상 차량의 주행 안정화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선형 베어링은 횡 방향으로 동작하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 차량의 주행 안정화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조향 링크는 일단은 상기 중간 대차의 사이드 프레임 양단부 내측에 형성되고, 타 단은 상기 전방 대차와 후방 대차의 사이드 프레임의 일측단부 내측에 형성되어 X자 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 자기 부상 차량 의 주행 안정화 장치.
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