KR101465010B1 - 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조 - Google Patents

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문형석
서승일
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Abstract

본 발명은 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조에 관한 것으로; 전부 철도차량의 후측에 구비되되 내주면에 자기코일이 권취된 요홈부가 형성되는 제1연결기와, 후부 철도차량의 전부에 구비되되 상기 제1연결기의 요홈부에 삽입되어 상기 자기코일과 척력이 발생하도록 전자석이 구비되는 제2연결기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
발명에 따르면, 철도차량의 운행 시 회전 등의 이유로 인한 부딪힘을 방지하고, 소음이 감소되며 곡선선로 등을 주행시 철도차량이 자유롭게 회전할 수 있다. 특히, 전부 철도차량과 후부 철도차량을 연결하는 제1 및 제2연결기의 의 자기코일과 전자석을 이용하여 진동과 소음을 방지 및 방지함은 물론, 자기부상원리를 이용함으로써 제1연결기와 제2연결기간의 물리적 마찰로 인한 마모를 최소화하여 제1 및 제2연결기를 포함하는 철도차량의 유지보수 비용을 절감하는 효과가 있다.

Description

자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조 {COUPLING STRUCTURE FOR RAILWAY CAR USING MAGNETIC LEVITATION PRINCIPLE}
본 발명은 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 철도차량과 같이 다수 개의 차체가 연결되어 주행하는 철도차량의 연결구조에 자기부상의 원리를 적용하여 철도차량의 주행시 회전 등의 이유로 인한 부딪힘을 방지하고, 그에 따른 소음 및 마모 발생을 저감할 수 있는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조에 관한 것이다.
일반적으로 철도 차량은 선로를 주행하는 여객 열차, 화물 열차, 전동차 등을 구성하는 중요한 운송수단의 하나로서, 다수의 철도차량을 연속적으로 연결하여 안전한 상태로 주행할 수 있으므로 대략 수백 내지 수천명의 승객을 태울 수 있음은 물론, 한꺼번에 대량의 화물을 운반할 수 있는 장점이 있다.
이때, 철도차량은 다수가 연결되어 열차를 이루어 운행되는데, 차량과 차량사이를 결합하기 위한 보조수단으로 연결기라는 장치를 이용하여 차량들을 연결시켜준다.
이와 같은 연결기는 전부차량과 후부차량 간에 항상 일정거리를 유지할 수 있도록 하여 전부차량과 후부차량간에 접촉에 의한 사고 발생을 방지하며, 기관차(동력차)로부터 전달된 동력을 각 차량으로 전달 시키기 위한 매개체로서의 역할을 하는 것으로, 너클 방식의 자동 연결기나 자물쇠방식의 밀착 연결기가 주로 사용된다.
이와 같은 종래의 철도차량용 연결기는 등록실용신안 제20-0212579호, 공개특허 제10-2005-0065508호 등을 통해 제안된 바 있다.
그런데, 이상의 종래의 연결기들은 철도차량이 주행시 그 연결기 부속들 간의 부딪힘 등으로 인해 여전히 소음이 발생하고 그로 인해 연결기가 쉽게 마모가 되는 문제점이 있었다.
참고문헌 1: 등록실용신안 제20-0212579호 참고문헌 2: 공개특허 제10-2005-0065508호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 철도차량들을 연결하는 연결기에 자기부상의 원리를 적용하여 철도차량의 주행시 회전 등의 이유로 인해 연결기간의 부딪힘을 방지하고 그에 따른 소음 및 마모 발생을 저감할 수 있는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 철도차량에 구비되는 연결 구조의 마모를 방지할 수 있어 철도차량의 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조를 제공하는데에도 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
전부 철도차량의 후측에 구비되되 내주면에 자기코일이 권취된 요홈부가 형성되는 제1연결기와, 후부 철도차량의 전부에 구비되되 상기 제1연결기의 요홈부에 삽입되어 상기 자기코일과 척력이 발생하도록 전자석이 구비되는 제2연결기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조를 제공한다.
이때, 상기 제1연결기는 철도차량의 후측에 고정되는 제1몸체의 단부에 상측방향으로 개구된 요홈부가 형성되고, 상기 요홈부의 내주면을 따라 자기코일이 권취된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2연결기는 철도차량의 전부에 일체로 고정되는 제2몸체의 단부에 상기 전자석이 하측방향으로 돌출되어 상기 요홈부에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전자석은 상기 요홈부에 삽입시에 부상(浮上)이 가능하도록 전자석의 외주면과 상기 요홈부의 내주면 사이가 이격되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 자기코일의 코일 권취방향과 전자석의 코일은 동일방향으로 권취되고, 상기 자기코일과 전자석에 서로 다른 반대 극성의 전원이 공급되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제1연결기의 요홈부에 삽입되는 제2연결기의 전자석이 부상하게 되어 제1 및 제2연결기가 분리되는 것을 방지하기 위해 상기 제1연결기와 제2연결기 사이에는 이탈방지부재가 설치되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 이탈방지부재는 코일형 스프링으로 이루어지되, 상기 코일형 스프링의 일단부는 상기 제1연결기에 일체로 고정되고, 상기 코일형 스프링의 타단부는 상기 제2연결기에 일체로 고정되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 자기코일과 전자석에는 제어수단의 제어신호에 따라 전원공급장치의 전원이 투입되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어수단은 철도차량의 운전을 제어하는 차상제어기인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어수단은 상기 전원공급장치로부터 상기 자기코일 및 전자석에 투입되는 전원의 세기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 철도차량의 운행 시 회전 등의 이유로 인한 부딪힘을 방지하고, 소음이 감소되며 곡선선로 등을 주행시 철도차량이 자유롭게 회전할 수 있다.
특히, 전부 철도차량과 후부 철도차량을 연결하는 제1 및 제2연결기의 의 자기코일과 전자석을 이용하여 진동과 소음을 방지 및 방지함은 물론, 자기부상원리를 이용함으로써 제1연결기와 제2연결기간의 물리적 마찰로 인한 마모를 최소화하여 제1 및 제2연결기를 포함하는 철도차량의 유지보수 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기부상원리를 이용한 철도차량의 제1 및 제2연결기의 연결 구조를 설명하기 위한 상세 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조의 구동을 위한 제어 구성도이다.
본 발명에 따른 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조는 전부 철도차량(10)의 후측에 구비되는 제1연결기(100)와, 후부 철도차량(20)의 전부에 구비되는 제2연결기(200)에 자기코일(120)과 전자석(220)을 적용하여 철도차량의 주행중 제1 및 제2연결기(100,200)간의 물리적인 접촉으로 인한 진동을 방지하고 소음을 감소시킨다.
이와 같은 본 발명에 따른 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조는 전부 철도차량(10)의 후측에 구비되되 내주면에 자기코일(120)이 권취된 요홈부(112)가 형성되는 제1연결기(100)와, 후부 철도차량(20)의 전부에 구비되되 상기 제1연결기(100)의 요홈부(112)에 삽입되는 전자석(220)이 구비되는 제2연결기(200)로 이루어진다.
이때, 철도차량(10,20)은 복수가 연속적으로 연결되는 구조로서 모든 철도차량(10,20)은 후측에 제1연결기(100)가 구비되고 전부에 제2연결기(200)가 구비된다.
따라서, 전부 철도차량(10)의 후측에 구비되는 제1연결기(100)와, 후부 철도차량(20)의 전부에 구비되는 제2연결기(200)가 체결된다.
이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 제1연결기(100)는 철도차량(10)의 후부에 설치되는 것으로, 철도차량(10)의 차체에 설치되는 제1몸체(110)의 단부에 상측방향으로 개구된 요홈부(112)가 형성된다.
이와 같은 요홈부(112)는 단면이 원형으로 이루어지며 그 내주면을 따라 자기코일(120)이 권취된다. 이때, 상기 자기코일(120)은 중공(中空)을 갖는 실린더의 둘레부에 감긴 공지(公知)의 원통 형상으로 이루어져 고정됨이 바람직하다.
한편, 상기 제2연결기(200)는 철도차량(20)의 전부에 고정되는 것으로, 철도차량(20)의 차체에 설치되는 제2몸체(210)의 단부에 하측방향으로 돌출되게 원기둥 형상의 전자석(220)이 고정된다.
물론, 상기 전자석(220)은 철심에 코일을 일방향으로 감은 공지(公知)의 구성을 그대로 채용한다.
이때, 상기 전자석(220)은 상기 요홈부(112)에 삽입시에 부상(浮上)이 가능하도록 전자석(220)의 외경은 상기 요홈부(112)의 내경에 비해 상대적으로 작게 형성한다. 즉, 전자석(220)의 외주면과 상기 요홈부(112)의 내주면 사이에 일정거리가 이격되도록 한다.
이와 같은 자기코일(120)과 전자석(220)은 전원공급장치(300)로부터 전원을 공급받으면 자화되는 원리를 이용한다.
이때, 전원공급장치(300)는 전차선으로부터 전원을 집진하는 팬토그라프와 같은 집진장치의 전원을 정류한 DC전원을 사용함도 가능하다.
이상 설명한 자기코일(120)과 전자석(220)에 전류가 흐르면 일방향으로 흐르는 자기장이 유도된다. 이때, 자기코일(120)의 코일 권취방향과 전자석(220)의 코일 권취방향이 동일한 경우 자기코일(120)과 전자석(220)에 서로 다른 극성의 전원을 공급하면 전자석(220)은 척력이 발생하여 부상(浮上)하게 된다.
상기 자기코일(120)은 전자기유도현상을 통해 전자석(220)을 직선운동시킬 수 있는 것으로서, 전류의 세기와 자기코일(120)의 권선비 및 전자석(220)의 코일 권선비에 비례하여 자력의 크기가 결정된다. 즉, 전자석(220)의 부상력을 높이기 위해서는 자기코일(120)의 권선수를 늘리거나, 전류의 세기를 증가시키거나, 전자석(220)의 자력을 높여야 한다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 자기코일(120)과 전자석(220)은 척력이 작용하도록 반대 극성의 전원을 투입한다. 이를 통해 자기코일(120)의 상측에 예를 들어 N극으로 자화되면, 전자석(220)의 상부는 N극으로 자화되도록 제어함으로서 코일(120)과 전자석(220) 사이에 척력이 작용하여 부상(浮上)하게 된다. 이는 전자석(220)의 하부는 S극으로 자화됨으로서 자기코일(120)의 상측의 N극에 의해 인력이 작용하기 때문이다. 물론 자기코일(120)의 상부면이 예를 들어 S극으로 자화되면, 전자석(220)의 하부면은 S극으로 자화되도록 제어함으로서 자기코일(120)과 전자석(220) 사이에 척력이 작용하게 된다.
한편, 상기 제1연결기(100)의 요홈부(112)에 삽입되는 제2연결기(200)의 전자석(220)이 부상하게 되어 제1 및 제2연결기(100,200)가 분리되는 것을 방지하기 위해 상기 제1연결기(100)의 제1몸체(110)와 제2연결기(200)의 제2몸체(210)에는 이탈방지부재(102)가 설치된다.
이때, 상기 이탈방지부재(102)는 코일형 스프링으로 이루어지는 것으로, 상기 코일형 스프링의 일단부는 상기 제1연결기(100)의 제1몸체(110)에 일체로 고정되고, 상기 코일형 스프링의 타단부는 상기 제2연결기(200)의 제2몸체(210)에 일체로 고정된다.
이 같은 이탈방지부재(102)에 의해 상기 제1 및 제2연결기(100,200)는 철도차량의 차체가 곡선구간 주행시 발생하는 제1 및 제2연결기(100,200)의 회전을 최소한으로 구속할 수 있다.
그리고, 상기 제1 및 제2연결기(100,200)는 차체에 설치될 때, 차량의 연결시 및 운행시의 전후방향으로 큰 충격을 받을 때를 고려하여 완충수단을 설치함은 물론이다.
한편, 상기 전원공급장치(300)의 전원은 자기코일(120)과 전자석(220)에 상시(常時) 전원투입이 되도록 함도 가능하지만, 제어수단(310)의 제어신호에 따라 상기 전원공급장치(300)의 전원이 자기코일(120)과 전자석(220)에 투입되도록 함이 바람직하다.
이때, 상기 제어수단(310)은 철도차량의 운전을 제어하는 차상제어기로 구성함이 바람직하다.
즉, 상기 제어수단(310)은 철도차량의 운행중에 상기 전원공급장치(300)의 전원을 상기 자기코일(120)과 전자석(220)에 투입하도록 제어함으로서 전기에너지를 효율적으로 사용함이 바람직하다.
한편, 상기 제어수단(310)은 전원공급장치(300)로부터 자기코일(120)과 전자석(220)에 투입되는 전원의 세기를 제어할 수 있도록 구성함으로서, 철도차량의 주행속도에 따라 전원의 세기를 제어함이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하면 철도차량(10,20)의 주행시에 상기 제1 및 제2연결기(100,200)에 구비되는 자기코일(120)과 전자석(220)에 전기를 공급하는 전원공급장치(300)가 연결 설치되어 상기 자기코일(120)과 전자석(220)에 서로 척력이 발생되도록 전기를 공급하여 전자석(220)을 부상시킴으로서, 철도차량의 주행시 발생되는 진동 및 소음을 방지 및 감소시키고, 제1 및 제2연결기(100,200)의 연결구조에 자기부상원리를 이용함으로써 제1 및 제2연결기(100,200)간의 빈번한 물리적 접촉으로 인한 제1 및 제2연결기(100,200)의 마모를 방지할 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2연결기(100,200)의 결합 및 분리가 용이하도록 상기 제1 및 제2연결기(100,200)를 상하방향으로 일정 크기의 유격을 갖도록 설치하거나, 제1 및 제2연결기(100,200)에 힌지부를 설치하여 상하방향으로 일정 각도 회전할 수 있도록 구성한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
10: 전부 철도차량 20: 후부 철도차량
100: 제1연결기 102: 이탈방지부재
110: 제1몸체 112: 요홈부
120: 자기코일 200: 제2연결기
210: 제2몸체 220: 전자석
300: 전원공급장치 310: 제어수단

Claims (10)

  1. 전부 철도차량의 후측에 구비되되 내주면에 자기코일이 권취된 요홈부가 형성되는 제1연결기와,
    후부 철도차량의 전부에 구비되되 상기 제1연결기의 요홈부에 삽입되어 상기 자기코일과 척력이 발생하도록 전자석이 구비되는 제2연결기 및
    상기 제1연결기의 요홈부에 삽입되는 제2연결기의 전자석이 부상하게 되어 제1 및 제2연결기가 분리되는 것을 방지하기 위해 상기 제1연결기와 제2연결기 사이에 설치되는 이탈방지부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1연결기는 철도차량의 후측에 고정되는 제1몸체의 단부에 상측방향으로 개구된 요홈부가 형성되고, 상기 요홈부의 내주면을 따라 자기코일이 권취된 것을 특징으로 하는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2연결기는 철도차량의 전부에 일체로 고정되는 제2몸체의 단부에 상기 전자석이 하측방향으로 돌출되어 상기 요홈부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전자석은 상기 요홈부에 삽입시에 부상(浮上)이 가능하도록 전자석의 외주면과 상기 요홈부의 내주면 사이가 이격되는 것을 특징으로 하는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이탈방지부재는 코일형 스프링으로 이루어지되, 상기 코일형 스프링의 일단부는 상기 제1연결기에 일체로 고정되고, 상기 코일형 스프링의 타단부는 상기 제2연결기에 일체로 고정되는 것을 특징으로 하는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 자기코일과 전자석에는 제어수단의 제어신호에 따라 전원공급장치의 전원이 투입되는 것을 특징으로 하는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어수단은 철도차량의 운전을 제어하는 차상제어기인 것을 특징으로 하는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 전원공급장치로부터 상기 자기코일 및 전자석에 투입되는 전원의 세기를 제어하는 것을 특징으로 하는 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조.
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