KR101547150B1 - 개량된 계자부의 대차취부구조 및 지상측 전기자부 취부구조를 갖는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템과 계자부 조향 이동체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 관한 것으로, 특히 계자부가 조향 됨으로써 추진력및 제어력의 향상이 도모되고 계자부의 추가취부가 가능해져 고속주행 안정성도 높일 수 있게 되며, 이동체의 하부에 취부되는 계자부가 보호되고, 지상에 설치되는 전기자부와 서치코일부의 최적의 설치구조를 제공할 수 있는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 관한 것으로, 하부에 계자부(11)(12)와, 제2계자부(30)를 갖는 이동체(200)와; 주행궤도에 2열로 마련되는 전기자부(21)(22)와; 상기 전기자부(21)(22)의 사이에 나란하게 설치되는 서치코일부(40)와; 상기 서치코일부(40)에서 검출된 신호로 이동체(200)의 위치를 결정하기 위한 제어부(50)를 포함하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 있어서, 이동체(200)는, 차륜과 각 차륜의 양측 축박스에 각각 하나씩 힌지 결합되며 끝단이 전후방향으로 대향되는 차륜을 향하는 차축암과 차축암의 끝단에 양측이 각각 힌지 결합되는 연결암으로 이루어지는 차륜부(210)와, 저면에 상기 연결암 중심과 힌지 결합되는 하방축이 돌출되는 메인프레임(230)과, 메인프레임 및 상기 계자부 사이에 수평으로 배치되는 하부프레임(250), 을 포함하며, 계자부는, 전후단이 분리되어 서로 독립적으로 가변가능하게 되는 전단계자부(310) 및 후단계자부(320)와, 연결암과 계자부를 힌지 결합시키는 힌지브래킷을 포함한다.

Description

개량된 계자부의 대차취부구조 및 지상측 전기자부 취부구조를 갖는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템과 계자부 조향 이동체{Two-phase and two-row linear pulse motor propulsion system with an improved field magnet installing structure of a bogie car, and an armature coil installing structure and a bogie car with steering magnet}

본 발명은 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 관한 것으로, 특히 2상2열의 리니어 펄스 모터 추진시스템에 있어서 이동체의 하부에 취부되는 가동자석(계자부)이 진행방향으로 가변 가능하게 되어 지상에 설치되는 전기자부(전기자권선)와의 응답성을 향상시킬 수 있는 이동체와, 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량의 가감속 성능은 차량의 무게와 추진장치의 성능을 고려하여 설정되며, 정차역이 많은 우리나라의 경우에 가감속 성능 향상은 운행시격 및 전체 소요시간 단축에 핵심이 된다.

일반 철도차량은 휠온레일(Wheel On Rail) 방식으로 점착 구동방식을 사용하므로 점착한계(약 430km/h) 이상으로는 속도의 한계가 있다.

전기 철도차량은 직류 또는 교류 전력을 공급받아서 주전원장치를 통해 견인전동기를 구동하게 되며, 보조전원장치(SIV)를 통하여 공조시스템, 전등, 통신 등의 차내에 필요한 전기를 공급한다.

견인전동기에서 발생된 토크는 감속기어를 통하여 고토크 저속의 기계적 에너지를 변환되며, 이는 열차의 바퀴와 레일 사이의 마찰력에 의해 추진력을 발생시키게 된다.

특히, 가속 또는 감속 구간에서는 큰 토크와 제동력을 필요로 하지만 실주행 구간에서는 그 보다는 낮은 토크만을 필요로 하므로, 일반적으로 견인전동기는 실주행에 요구되는 연속정격으로 설계와 제작이 이루어지고 있다.

기동 시에는 견인전동기의 연속정격보다 많은 전류를 투입하여 견인력을 발생시키게 되지만 순시정격은 약 1.5 ~ 2배로 한계가 있다.

따라서 종래의 전기 철도차량은 추진장치의 용량 한계, 차량의 중량, 전력공급의 한계, 점착 한계 등에 의한 가감속 성능 또는 초고속 주행 개선에 많은 어려움이 존재한다.

예를 들어, 가감속 성능 향상을 위하여 큰 용량의 견인전동기를 사용할 수가 있으나, 가감속 구간 이외의 일반주행 구간에서는 차량의 중량 증가로 인하여 오히려 주행 효율을 떨어뜨리게 된다.

이를 회피하기 위하여 출력밀도를 높인 견인전동기를 사용하는 경우에는 차량의 중량 증가 문제점은 해결될 수 있으나, 차량 내 전력공급의 한계와 전차선의 용량 증대로 인하여 현실적으로 적용하기는 어려움이 있다.

또한 초고속 주행 성능 향상을 위하여 큰 용량의 견인전동기를 적용하더라도 휠온레일 방식에서의 점착 한계로 인하여 바퀴가 미끄러지므로 초고속 주행이 불가한 문제점 등이 있다.

이에 본 출원인은 특허출원 제10-2012-0110169(출원일: 2012.10.04)(이하, "선행기술문헌1"라 함)에서 가속 성능, 토오크 특성을 개선하여 비점착 구동 특성을 통해 고속 주행, 정지, 전/후진 방향전환 기능을 구현할 수 있으며, 컴팩트하게 고정자(전기자 측)를 구성할 수 있는 2상2열의 리니어 펄스 모터 추진시스템을 제안하였다.

도 1을 참고하면, 상기 선행기술문헌1의 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템은 이동체(10)의 하부에 길이 방향으로 2열로 마련되어 자계를 발생시키는 계자부(11)(12)와; 주행궤도에 마련되어 전력변환장치에서 공급되는 전원에 의해 이동자계를 발생하며, 상기 2열의 계자부(11)(12)와 각각 대응되도록 2열로 마련되어 2상의 동기신호에 의한 상호작용에 의해 이동체(10)의 추진력을 발생시키는 전기자부(21)(22)를 포함한다.

이동체(10)의 하부에 마련되는 2열의 계자부(11)(12)는 서로 180도의 위상차를 갖도록 마련된다.

전기자부(21)(22)는 2열로 이루어지되, 각 열(21)은 주행궤도의 길이방향으로 일정 구간마다 꼬임이 있도록 권선되어 서로 이웃하는 구간은 자계 방향이 서로 반대 방향인 a상 코일부(21a)와, 이 a상 코일부(21a)와 동일하게 구성되되 길이 방향으로 90도의 위상차를 갖도록 마련되는 b상 코일부(21b)로 구성된다.

도 2는 전기자부 중에서 하나의 열만을 도시한 것으로, a상 코일부(21a)는 일정 길이(D)마다 꼬임이 있도록 권선되어 일정한 단위 구간 길이(d1)(d1=2D)가 반복된 구조를 가지며, 전력변환장치로부터 a상 코일부(21a)에 전원이 인가되면 꼬임 위치를 기준으로 서로 이웃하는 두 구역은 자계 방향이 서로 반대 방향으로 발생한다.

b상 코일부(21b)는 a상 코일부(21a)와 동일한 구조를 가지며, 이때 단위 구간 길이(d2)는 a상 코일부(21a)의 구간 길이(d1)와 동일하되, 90도(d/4) 위상차를 갖도록 마련된다. 제1열 전기자부(21)와 제2열 전기자부(22)는 구조적으로 동일하게 마련된다.

전기자부(21)(22)의 전원으로는 직류 펄스 전류, 구형파(square wave) 또는 사인파의 교류 전류가 사용될 수 있으며, 각 열의 a상 코일부와 b상 코일부에는 90도 위상차를 갖는 전원이 전력변환장치를 통해 공급되어 각 열의 전기자부(21)(22)에서 발생된 이동자계에 의해 해당 계자부(11)12)의 자계와 상호작용하여 이동체(10)의 추진력이 발생된다.

또한 본 출원인은 특허출원 제10-2012-0120420호(출원일: 2012.10.29)(이하, "선행기술문헌2"라 함)에서 선행기술문헌1의 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 있어서 이동체의 위치를 검출할 수 있는 수단을 부가하여 이동체의 정확한 위치를 검출할 수 있는 위치검출장치를 출원하였다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 선행기술문헌2의 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에서 위치검출장치는 이동체(10)의 하부에 마련된 2열의 계자부(미도시) 사이에 배치되는 제2계자부(30)와; 2열로 배치되는 전기자부(21)(22) 사이에 나란하게 설치되어 제2계자부(30)의 계자자속에 의해 유기된 기전력을 검출하는 서치코일부(40)와; 서치코일부(40)에서 검출된 신호를 수신하여 이동체(10)의 위치를 결정하기 위한 제어부(50)를 포함한다.

서치코일부(40)는 2열의 전기자부(21)(22) 사이에 배치되어 전기자부에서 발생될 수 있는 노이즈를 제거하기 위하여 별도의 필터회로를 부가할 필요 없이 제2계자부(30)에서 발생되는 계자자속에 의한 유도기전력만을 검출할 수가 있다.

이와 같이 구성된 위치검출장치는 2상2열 구조의 리니어 펄스 모터 추진시스템에 있어서 2열의 전기자부 사이에 길이 방향으로 나란하게 배치되어 이동체 하부에 마련된 제2계자부의 계자자속에 의한 유도기전력을 서치코일부(40)를 통해 검출하며, 서치코일부에서 검출된 사인 형태(sinusoidal)의 신호를 펄스로 변환하고 그 펄스 신호를 카운트하여 제2계자부(30)의 위치, 즉 이동체(10)의 위치결정이 이루어질 수 있다.

도 4에서 각 전기자부(21)(22)를 구성하는 a상 코일부(21a)(22a)와 b상 코일부(21b)(22b)는 이해를 돕기 위하여 따로 도시되어 있으나, 각 열의 전기자부(21)(22)의 a상 코일부(21a)(22a)와 b상 코일부(21b)(22b)는 90ㅀ(d/4)의 위상차를 가지며 겹쳐진 구조를 갖는다(도 3 참고).

전력변환장치(60)는 각 열의 a상 코일부(21a)(22a)에 전원을 공급하는 제1전력변환장치(61)와, 각 열의 b상 코일부(21b)(22b)에 전원을 공급하는 제2전력변환장치(62)로 구성될 수 있다.

이러한 위치검출장치를 갖는 2상2열 구조의 리니어 펄스 모터 추진시스템은, 제어부(200)가 서치코일부(40)에서 검출된 신호를 이용하여 이동체(110)의 위치를 결정할 수 있으며, 또한 이러한 이동체의 위치정보를 이용하여 2열의 전기자부(21)(22)에 인가되는 전원을 공급하는 전력변환장치(60)를 제어함으로써 이동체의 정지, 전후진 방향 전환 등의 제어가 이루어질 수 있다.

또한 본 출원인은 특허출원 제10-2012-0130059호(출원일: 2012.11.16)(이하, "선행기술문헌3"라 함)에서 선행기술문헌2의 위치검출장치를 포함하는 2상2열 구조의 리니어 펄스 모터 추진시스템을 더욱 개선하여 이동체의 하부에 취부되는 계자부를 보호할 수 있으며, 지상에 설치되는 전기자부와 서치코일부의 최적화된 설치구조를 출원하였다.

다만, 곡선 구간의 경우, 지상의 전기자부도 곡선경로를 따라 취부되어 있게 된다. 따라서 궤도 위의 이동체가 최대한의 추진력을 얻을 수 있고 더욱 완전하게 제어될 수 있기 위해서는 곡선경로로 취부된 전기자부에 추종될 수 있게 하부의 계자부도 곡선경로에 부합되는 가동구조가 필요하게 된다. 또한, 계자부의 가변을 가능하게 하면서 차륜 역시 궤도 추종성을 더욱 높여 곡선 구간에서 차륜 플렌지의 레일과의 접촉으로 인한 소음과 진동 및 차륜 마모를 최소화 할 필요가 있게 되는 것이다.

본 발명은 본 출원인에 의해 제안된 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템을 더욱 개선하여 이동체의 하부에 취부되는 계자부를 보호할 수 있고, 계자부가 곡선구간에서도 전기자부에 추종될 수 있는 가변구조를 가지며, 또한, 계자부가 가변되게 하기 위하여 이동체의 각 차륜이 독립적으로 가변되도록 함으로써 곡선구간에서의 차륜의 마모와 소음이 방지될 수 있고, 한편 지상에 설치되는 전기자부의 효율적인 설치구조를 갖는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템은, 하부에 길이 방향으로 2열로 마련되어 자계를 발생시키는 계자부와, 이 계자부의 2열 사이에 마련되는 제2계자부를 갖는 이동체와; 주행궤도에 마련되어 전력변환장치에서 공급되는 전원에 의해 이동자계를 발생하되, 상기 2열의 계자부와 각각 대응되도록 2열로 마련되어 2상의 동기신호에 의한 상호작용에 의해 상기 이동체의 추진력을 발생시키는 전기자부와; 2열로 배치되는 상기 전기자부의 사이에 나란하게 설치되어 상기 제2계자부의 계자자속에 의해 유기된 기전력을 검출하는 서치코일부와; 상기 서치코일부에서 검출된 신호를 수신하여 상기 이동체의 위치를 결정하기 위한 제어부를 포함하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 있어서, 상기 이동체는, 진행방향의 전 후단의 양측에 배치되는 차륜과 각 차륜의 양측 축박스에 각각 하나씩 힌지 결합되며 끝단이 전후방향으로 대향되는 차륜을 향하는 차축암과 차축암의 끝단에 양측이 각각 힌지 결합되는 연결암으로 이루어지는 차륜부와, 정면과 후면에 차륜 상단부가 내포 가능한 개구홈이 형성되고 저면에는 상기 연결암 중심과 힌지 결합되는 하방축이 돌출되는 메인프레임과, 메인프레임 및 상기 계자부 사이에 수평으로 배치되고 상면에 형성되는 전단과 후단의 두 개의 회전축으로 계자부를 지지하는 하부프레임, 을 포함하며, 상기 계자부는, 상기 이동체의 진행방향의 중심에서 전 후 두개로 분리되어 상기 하부프레임의 전단과 후단의 회전축에 의하여 각각 서로 독립적으로 가변가능하게 되는 전단계자부 및 후단계자부와, 양 끝단 중 한쪽은 상기 연결암의 일측에 힌지 결합되고 나머지 한쪽은 계자부에 힌지 결합되는 힌지브래킷, 을 포함하여 달성될 수 있다.

이때 바람직하게는 상기 메인프레임은 그 저면의 중심에, 저면과 이격을 두고 고정 연결되는 밸런스판을 더 포함하며, 상기 계자부는, 상기 밸런스판을 중심으로 전단계자부와 후단계자부에 각각 구비되고, 상기 하부프레임을 수직 관통하며, 하부 끝단이 전단계자부와 후단계자부의 상면에 각각 고정 결합되고, 상부 끝단은 상기 밸런스판 상부로 연장되어 밸런스판 상면의 전단과 후단을 가압시키는 구름재가 구비되는 제1수직지지대를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 계자부는 전단계자부와 후단계자부의 상면에서 각 차륜의 인접부위에 고정 설치되어 계자부 및 상기 힌지브래킷을 힌지 결합시키는 4개의 제2수직지지대를 더 포함하며, 제2수직지지대는 상부 끝단의 일측은 힌지브래킷과 연결되고 타측은 하부를 향하는 구름재가 상기 하부프레임의 상면 중 모서리 부위를 가압하는 것이 바람직하다.

또한 바람직하게는 상기 계자부 하부에 횡방향으로 마련되는 충격방지용 보호부재를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 충격방지용 보호부재는 하방으로 곡면을 갖는 막대인 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 충격방지용 보호부재는 자유 회동 가능하게 마련되며, 더욱 바람직하게는, 원통형의 롤러인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 전기자부와 서치코일부는 비자성 패널로 이루어진 하우징 내에 마련되며, 보다 바람직하게는, 상기 하우징은, 침목과 볼트에 의해 고정되는 하부 패널과; 상기 하부 패널 상부를 덮도록 마련되는 상부 커버패널을 포함한다.

더욱 바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 하우징은 다수의 통기공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 이동체 하부의 계자부를 이동체 진행방향에 따라 전단과 후단의 두 부분으로 분리시키고 서로 독립적으로 가변 가능하게 함으로써 곡선 궤도에서 계자부도 곡선으로 취부된 전기자부에 대응되게 조향될 수 있게 되어 더욱 높은 추진력을 얻을 수 있게 된다.

둘째, 계자부가 곡선 궤도상에서 곡선 궤도에 부합하여 조향 가능하게 됨으로써, 가변되지 못할 경우에 비하여 계자부의 길이를 더욱 길게 연장시켜 취부시킬 수 있게 된다.

셋째, 계자부가 조향가능하게 되고 계자부의 길이를 더욱 길게 할 수 있게 되면서 곡선구간에서의 충실한 제어와 직선구간에서의 고속 주행에서도 더욱 안정적인 주행이 가능하게 된다.

넷째, 계자부의 가동을 위해서 차륜도 독립적으로 조향 가능하게 됨으로써 곡선구간에서의 플렌지와 궤도와의 접촉으로 인한 소음과 플렌지의 마모도 방지될 수 있게 된다.

다섯째, 이동체의 계자부 하부에 충격방지용 보호부재를 설치하여 주행궤도 상의 요철에 의해 계자부 또는 제2계자부의 손상을 방지할 수 있게 된다.

여섯째, 지상에 설치되는 전기자부와 서치코일부를 비자성 패널로 이루어진 하우징 내에 보호하여 신설노선에서 매립하여 설치하거나 기존 선로의 침목에 모두 설치가 가능하여 최적화된 설치구조를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템을 보여주는 도면,
도 2는 도 1에서 한 열의 전기자만을 도시한 도면,
도 3은 종래기술에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템의 위치검출장치의 구성을 보여주는 도면,
도 4는 종래기술에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템의 위치검출장치의 블록 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템이 적용된 대차의 측면 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템이 적용된 대차의 저면 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템의 지상의 전기자부의 설치 구조를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템의 이동체 하부에서 계자부가 조향 가능하게 되는 구조를 나타내는 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템의 이동체 하부에서 계자부가 조향 가능하게 되는 구조를 나타내는 측면도,
도 10은 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템의 이동체 하부에서 계자부가 조향 가능하게 되는 구조를 나타내는 평면도,
도 11은 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템의 이동체에서 메인 프레임을 제거한 상태를 나타내는 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에서 직선구간 주행시의 이동체의 전단부 평면도,
도 13은 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에서 곡선구간 주행시의 이동체의 전단부 평면도,
도 14는 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에서 직선구간 주행시와 곡선구간 주행시를 하나의 차륜부의 확대도로 비교한 평면도,

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

구체적인 실시예의 설명에 앞서서, 본 발명에서 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템은 배경기술에서도 설명한 것과 같이, 본 출원인의 특허출원 제10-2012-0110169호과 특허출원 제10-2012-0120420호에서 개시하고 있는 내용이 참고될 수 있으며, 본 실시예에서 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 그와 중복되는 설명은 생략하며 본 발명의 특징적인 구성을 중심으로 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템이 적용된 대차의 측면 구성도이며, 도 6은 본 발명의 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템이 적용된 대차의 저면 구성도이다.

다만, 도 5에서는 설명의 편의를 위하여 계자부가 조향 가능하게 되는 구조로 도시되어 있지 않으며, 도 5의 도면은 충격방지용 보호부재(110)의 설치에 대한 설명을 목적으로 도시되어 있을 뿐이다. 하지만, 본 발명에서 조향 가능한 계자부 취부 구조에서 도 5의 충격방지용 보호부재(110)도 함께 적용 가능하다.

반면, 도8 내지 도12에서는 충격방지용 보호부재(110)에 대하여 도시되어 있지는 않으나, 충격방지용 보호부재(110)는 도8 내지 도12에 함께 적용됨을 주지하여야 한다.

그리고, 도5내지 도7에 대한 설명 및 아래의 충격방지용 보호부재(110)와 전기자부의 하우징(120)에 대한 설명에서는 계자부가 대차의 길이방향으로 2열로 배치되는 점을 강조하여 도면번호도 11과 12로 명기되어 있으나, 그 뒤에 후술하게 될 조향가능한 계자부의 취부구조에 대한 설명에서는 계자부가 대차의 길이방향의 전단과 후단의 두 부분으로 서로 분리되는 점을 강조하게 되어 계자부의 도면번호는 전단계자부(310)와 후단계자부(320)로 나누어 설명될 것이다. 따라서, 11과 12의 계자부와 310과 320의 계자부는 서로 불일치 되는 기호는 아니며 설명의 편의상 번호가 나뉘어 지는 것에 불과한 것이다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 이동체(200)로써 철도차량용 대차를 보여주고 있으며, 하부에는 대차의 길이 방향으로 2열의 계자부(11)(12)가 설치되며, 2열의 계자부(11)(12) 사이에 제2계자부(30)가 구비된다.

특히 본 발명에서 계자부(11)(12) 하부에는 횡방향으로 충격방지용 보호부재(110)가 구비됨을 특징으로 한다.

이동체(200)의 운행 중에 계자부(11)(12)는 주행궤도 상에 설치되는 전기자부와 일정한 공극을 유지하여 주행이 이루어져야 하며, 이때 계자부와 전기자부 사이의 공극은 이동체의 추진력 효율이 저하되지 않도록 작은 범위(10~20 mm) 내에서 유지되어야 한다.

따라서 주행궤도 상에 요철이 있는 경우에 계자부(11)(12)와 충돌하여 계자부의 손상이 발생할 수 있으며, 특히 고속 주행인 경우에는 작은 요철에 의해서도 계자부의 큰 손상이 발생할 수 있다.

충격방지용 보호부재(110)는 계자부(11)(12)의 저면 보다는 일정 높이(h) 더 낮게 하부에 마련됨으로써, 이동체의 운행 중에 주행궤도 상의 요철 등이 직접 계자부와 충돌하는 것을 방지한다.

도 6은 이동체 하부의 3 개소에 횡방향으로 충격방지용 보호부재(110)가 배치됨을 보여주고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 계자부의 사이즈 등을 고려하여 배치 위치나 숫자는 다양하게 변경이 가능할 것이다.

바람직하게는 본 발명에서 충격방지용 보호부재는 하방으로 곡면을 갖는 고정된 막대에 의해 제공될 수 있으며, 곡면구조에 의해 요철과의 충돌 시에 발생되는 충격량을 최소화할 수 있다.

다른 한편으로 충격방지용 보호부재는 회전축 상에서 자유 회동 가능하게 마련될 수 있으며, 보다 바람직하게는, 원통형의 롤러가 이용될 수 있다.

도 5 및 도 6에 예시된 것과 같이, 충격방지용 보호부재(110)는 계자부에 고정된 브라켓(111)과, 이 브라켓(111)에 자유 회동 가능하게 마련되는 원통형의 롤러(112)로 구성될 수 있다.

따라서 요철과의 충돌 시에 롤러(112)가 자유 회동하면서 효과적으로 충격량을 줄일 수가 있다.

한편, 도 5에서는 충격방지용 보호부재가 브라켓에 의해 계자부에 직접 취부되는 것을 예시하고 있으나, 이에 한정될 필요 없이 충격방지용 보호부재는 계자부 하부에 설치되는 범위 내에서 대차에 연결 지지되어 계자부 하부에 설치되어도 무방할 것이다.

또한 보다 효과적인 충격흡수를 위하여 고정된 브라켓이 아닌 완충 기능을 갖는 댐퍼가 마련되어 롤러가 지지되어도 무방할 것이다.

한편 제2계자부(30)는 계자부(11)(12)와 적어도 동일 높이에 설치(도 5 참고)되거나 계자부(11)(12) 보다는 높게 배치되며, 충격방지용 보호부재(110)의 후단에 배치됨(도 6 참고)으로써 충격방지용 보호부재(110)에 의해 계자부(11)(12)와 제2계자부(30)는 같이 요철로부터 보호될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템의 지상의 전기자부의 설치 구조를 보여주는 도면이다.

도 7을 참고하면, 지상의 궤도에 설치되는 전기자부(21)(22)와 서치코일부(40)는 비자성 패널로 이루어진 하우징(120) 내에 마련되는 것을 특징으로 한다.

하우징은 자기장에 영향을 받지 않는 비자성 재질이 이용되는 것이 바람직할 것이며, 이러한 비자성 소재로는 주지의 강화플라스틱류 또는 대표적으로 서스(SUS)와 같은 비자성 금속 소재가 이용될 수 있다.

전기자부(21)(22)는 이동체 하부에 마련되는 2열의 계자부와 각각 대응되어 2열로 이루어지며, 2상의 동기신호에 의한 상호작용에 의해 이동체의 추진력을 발생시킨다.

서치코일부(40)는 이동체의 제2계자부와 인접하여 마련될 수 있도록 제2계자부의 수직 하방 위치에 대응되어 2열의 전기자부(21)(22) 사이에 설치된다.

전기자부와 서치코일부는 하우징 내에 마련되어 신설노선이나 도로 상에 설치될 경우에는 노면으로 돌출되지 않도록 매립하여 설치되는 것이 바람직할 것이다.

한편, 기존 선로에 설치되는 경우에는 레일과 레일 사이의 침목(1)에 고정볼트(B1)를 배치하며, 이 고정볼트(B1)를 지지물로 하여 하부 패널(121)을 설치한다. 다음으로, 하부 패널(121) 상부에 2열의 전기자부(21)(22)와 서치코일부(40)를 배치하여 고정한 후에 상부 커버패널(122)을 하부 패널(121) 상부를 덮어서 하우징(120)으로 제공될 수 있을 것이다.

상부 커버패널(122)은 양단에 수평 절곡된 날개(122a)가 마련되며, 날개(122a)를 볼트(B2) 또는 나사 조립하여 고정이 이루어질 수 있다.

또한, 상부 커버패널(122)에는 다수의 통기공(122b)이 형성되어 하우징(120) 내부의 전기자부에서 발생된 열이 외부로 쉽게 방출될 수 있도록 함이 바람직할 것이다.

아래에서부터는 도8내지 도14를 참조하여 조향 가능한 대차 취부구조에 대하여 설명하고 설명된 구조에 의하여 어떻게 계자부가 곡선주행 시에 조향가능하게 되는지 설명하기로 한다.

도 8과 도9를 참조하면, 본 발명에서의 이동체(200)는, 진행방향의 전 후단의 양측에 배치되는 차륜(211)과 각 차륜(211)의 양측 축박스(213)에 각각 하나씩 힌지 결합되며 끝단이 전후방향으로 대향되는 차륜(211)을 향하는 차축암(215)과 차축암(215)의 끝단에 양측이 각각 힌지 결합되는 연결암(217)으로 이루어지는 차륜부(210)와, 정면과 후면에 차륜(211) 상단부가 내포 가능한 개구홈이 형성되고 저면에는 상기 연결암 중심과 힌지 결합되는 하방축(232)이 돌출되는 메인프레임(230)과, 메인프레임(230) 및 계자부(310,320) 사이에 수평으로 배치되고 상면에 형성되는 전단과 후단의 두 개의 회전축(252)으로 계자부(310,320)를 지지하는 하부프레임(250), 을 포함하며,

계자부는, 이동체(200)의 진행방향의 중심에서 전 후 두개로 분리되어 하부프레임의(250) 전단과 후단의 회전축(252)에 의하여 각각 서로 독립적으로 가변가능하게 되는 전단계자부(310) 및 후단계자부(320)와, 양 끝단 중 한쪽은 연결암(217)의 일측에 힌지 결합되고 나머지 한쪽은 계자부(310,320)에 힌지 결합되는 힌지브래킷(350), 을 포함하여 이루어진다.

이때, 도11을 참조하면 바람직하게는 메인프레임(230)은 그 저면의 중심에, 메인프레임(230)의 저면과 이격을 두고 고정 연결되는 밸런스판(234)을 더 포함하며, 계자부(310,320)는, 밸런스판(234)을 중심으로 전단계자부(310)와 후단계자부(320)에 각각 구비되고, 하부프레임(250)을 수직 관통하며, 하부 끝단이 전단계자부(310)와 후단계자부(320)의 상면에 각각 고정 결합되고, 상부 끝단은 밸런스판(234) 상부로 연장되어 밸런스판(234) 상면의 전단과 후단을 가압시키는 구름재가 구비되는 제1수직지지대(330)를 더 포함할 수 있다.

또한 바람직하게는 계자부(310,320)는 전단계자부(310)와 후단계자부(320)의 상면에서 각 차륜의 인접부위에 고정 설치되어 계자부(310,320) 및 힌지브래킷(350)을 힌지 결합시키는 4개의 제2수직지지대(340)를 더 포함하며, 제2수직지지대(340)는 상부 끝단의 일측은 힌지브래킷(350)과 연결되고 타측은 하부를 향하는 구름재가 상기 하부프레임의 상면 중 모서리 부위를 가압하게 된다.

이하에서는 위에서 설명한 구조에 의하여 곡선주행시에 대차가 가변되는 원리를 각 구성요소간의 유기적 작용으로 설명하기로 하겠다.

도12 내지 도14의 평면도를 참조하면, 곡선주행 시에는 먼저 차륜(211)이 궤도를 따라 그 방향이 가변되게 된다. 이때 전단 차륜과 후단의 차륜은 향하는 방향이 서로 반대가 되며 차륜에 의하여 연동되는 각 구성요소들의 가변 방향도 전단과 후단이 대칭을 이루므로 이동체(200) 후단의 조향구조는 도시를 생략하였다.

이동체(200)가 정지한 상태라고 가정할 때 가변 모습을 보게 되면, 도12에서 제자리에서 회전하는 지점은 차륜(211)의 중심인 5a및 5b지점과, 연결암(217)이 하방축과 힌지결합되는 지점인 3a및 3b와, 하부프레임(250)을 전단계자부(310)와 서로 독립가변 가능하게 결합시키는 회전축(252)이 있는 지점인 1지점이다.

나머지 지점들은 위의 제자리에서 회전되는 지점으로 인하여 서로 연동되며 가변되게 된다. 차륜(211)의 가변이 있게되면 차륜의 양면에 고정결합 되는 축박스(213)도 차륜과 함께 움직이므로 축박스(213)에 힌지 결합되는 차축암(215)이 연동된다. 도12에서는 곡률 중심이 오른쪽에 있게 되므로 제자리에서 회전하게 되는 2a및 2b지점과 5a및 5b지점과 1지점은 모두 시계방향으로 회전하게 된다. 이때 나머지 지점들의 이동은 도12에 도시된 것과 같다.

이때, 10a및 10b지점과 9a및 9b를 연결하는 것이 바로 제2수직지지대(340) 이고 제2수직지지대(340)는 전단계자부(310)의 상면에 고정결합 되어 있으므로 전단계자부(310)의 움직임에 일치되게 이동된다. 그리고, 10a및 10b지점은 힌지 결합이 아니라 제2수직지지대(340)의 하부에 설치된 구름재(미도시)의 위치를 가리킨다. 따라서 구름재가 하부프레임(250)의 양 측에 형성된 날개형상 부위의 상면을 굴러가며 이동되는 형태가 되므로 10a와 10b의 부위는 힌지결합이 아닌 스윙동작이 일어나는 지점이다. 즉 10a와 10b의 저면에 구비된 구름재는 하부프레임(250) 양측의 날개형상 부위 위를 가압시키며 굴러다니게 되는 것이다.

한편, 이 가변 모습에서 가변되지 않는 구성은 하부프레임(250)이 된다. 이때 바로 위에서 설명된 10a와 10b지점 아래의 구름재는 하부프레임(250)의 양쪽을 구름재로 가압하게 됨으로써 전단계자부(310)의 좌우 밸런스를 맞춰주는 작용을 하게 된다.

마찬가지 원리로 제1수직지지대(330)의 상부 끝단의 하부에 구비되는 구름재(도면번호 미기재, 도9 참조)는 곡선구간에서 밸런스판(234)의 상면의 전단과 후단을 가압하면서 이동하게 되고, 전단계자부(310)의 수평 밸런스를 맞춰주며 전단계자부(310)의 하중이 지지되도록 하는 역할을 한다.

위의 제1수직지지대(330)와 제2수직지지대(340)의 구름재는 결국 3군데의 지점에서 전단계자부(310)의 밸런스를 맞춰주는 한편 전단계자부(310)의 하중을 지지시키는 작용을 하게 되는 것이다.

후단계자부(320)와 그 양측에 연동되도록 배치되는 차륜부(210)는 도12와 상하대칭관계에 있게 된다.

그리고, 실제 곡선 구간에서 계자부의 가변 정도는 육안으로 확연하게 판별될 정도로 크진 않으므로 도면상에서 명확하게 판별되진 않으나, 계자부는 곡선 구간의 주행시에 정면이 곡선구간의 주행방향을 따라 가변되게 된다. 이때, 계자부와 회전축(252)으로 연결되는 하부프레임(250)은 이동체(200)의 전 후단에 걸쳐 일체로 형성되어 있으므로 가변되지 않으며 계자부만 가변되게 된다. 도면상에서는 하부프레임(250)이 계자부와 함께 가변되는 것으로 보일 수 있으나 실제로는 하부프레임(250)과 메인프레임(230)은 가변되지 않는다.

따라서, 도13의 경우 도면에 도시된 계자부가 전단계자부(310)라면, 전단계자부(310)와 후단계자부(320)는 도13에서 오른쪽에서 서로 가까워지면 왼쪽에서는 서로 멀어지게 될 것이다. 즉 곡률 중심이 위치되는 쪽에서 전단과 후단의 계자부는 가까워지고 그 반대쪽에서는 멀어지게 된다.

힌지로 연결되는 각 접점에서의 상세한 가변 모습은 도14의 비교를 참조할 수 있다.

도14를 참조하면, 이동체(200)가 정지된 상태에서 직선구간에서 곡선구간으로 바뀐다고 가정하면, 차륜(211) 및 축박스(213)와 연결된 차축암(215)과 연결암(217) 중 제자리에서 회전운동 하게 되는 지점은 차륜(211)의 중심인 5b지점과 연결암(217)의 중심인 3b지점임을 알 수 있다. 도14에서 도시되지는 않았지만, 하부프레임(250)의 회전축(252)도 제자리에서 회전하게 되며, 반면 하부프레임(250)자체는 가변되지 않는다.

이때, 도14에서는 곡선구간의 곡률중심은 오른쪽에 있게 되며 전단계자부(310)은 이 경우 회전축(252)을 중심으로 시계방향으로 회전하는 형태로 가변된다. 그리고, 도시되지는 않았지만 전단계자부와 전후 대칭관계에 있는 후단계자부(320)은 반시계방향으로 회전되게 된다.

이러한 계자부의 가변은 그 시작은 차축으로 연결되지 않고 독립적으로 가변 가능하게 되는 차륜(211)에서 시작되며, 이렇게 차륜(211)이 독립적으로 가변 가능하게 됨으로써, 곡선 구간의 궤도 추종력이 향상되어 일반적으로 곡선구간에서 초래되기 쉬운 플렌지의 궤도 접촉에 의한 소음과 플렌지의 마모 및 추가적인 진동이 방지될 수 있게 된다.

이렇게 전단과 후단의 계자부(310,320)가 서로 독립적으로 가변되면서 조향 가능하게 됨으로써 계자부는 그 하부의 전기자부의 방향을 좀 더 추종할 수 있게 되어 추진력의 향상은 물론 이동체의 제어도 용이해지게 되며 하나의 이동체에 계자부를 연장설치 할 수 있게 되고, 이에 의하여 고속 주행시의 안정성도 높일 수 있게 되며, 곡선구간에서의 소음 및 플렌지의 마모도 방지될 수 있게 되는 것이다.

그리고, 도시되지는 않았지만 상기에서 설명된 이동체는 반드시 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에서만 사용될 수 있는 것은 아니며, 이동체의 하부에 차상측 자석이 취부되고 지상에는 지상측 자석이 취부되어 서로간의 인력과 반발력으로 추진력을 얻게 되는 통상의 리니어 펄스모터 열차추진 시스템의 이동체에서도 마찬가지로 적용가능한 것이다.

통상의 리니어 펄스모터 열차추진에서도 역시 열차의 추진은 지상측과 이동체 측의 자석간의 인력과 반발력이 추진력으로 이용되는 점에서 이동체 하부의 자석은 지상측 자석이 곡선구간을 따라 취부되는 경우 지상측 자석에 대한 추종력을 높일수록 더 크고 안정적인 추진력과 제어력을 얻을 수 있기 때문이다.

통상의 리니어 펄스모터 열차추진 시스템 자체는 도시되지는 않았지만, 도8 내지 도14의 이동체는 통상의 리니어 펄스모터 열차추진 시스템에도 동일하게 적용이 가능하다. 따라서 앞서 서술된 도8내지 도14의 설명은 도시된 이동체 및 계자부가 통상의 리니어 펄스모터 열차추진 시스템에서의 이동체와 계자부인 것으로 간주되어 이해되어도 무방하다.

본 실시예에서 이동체는 주지의 철도차량일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이동체의 형태에 제한 없이 2상2열 구조의 리니어 펄스 모터 추진을 이용한 이동체에 모두 적용이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

11, 12 : 계자부 21, 22 : 전기자부
21a, 22a : a상 코일부 21b, 22b : b상 코일부
30 : 제2계자부 40 : 서치코일부
50 : 제어부 60 : 전력변환장치
110 : 충격방지용 보호부재 111 : 브라켓 112 : 롤러 120 : 하우징
121 : 하부 패널 122 : 상부 커버패널
122a : 날개 122b : 통기공
200 : 이동체 210 : 차륜부
211 : 차륜 213 : 축박스
215 : 차축암 217 : 연결암
230 : 메인프레임 232 : 하방축
234 : 밸런스판 250 : 하부프레임
252 : 회전축 310 : 전단계자부
320 : 후단계자부 330 : 제1수직지지대
340 : 제2수직지지대 350 : 힌지브래킷

Claims (13)

1. 지상에 길이방향으로 길게 설치된 주행궤도를 따라 이동하는 이동체의 하부에 길이 방향으로 2열로 부착되어 자계를 발생시키는 계자부와, 상기 주행궤도에 마련되어 전력변환장치에서 공급되는 전원에 의해 이동자계를 발생하며, 상기 2열의 계자부와 각각 대응되도록 2열의 전기자부가 마련되어 상기 계자부와 전기자부 간에 2상의 동기신호에 의한 상호작용으로 추진력을 얻는 상기 이동체에 있어서,
   상기 이동체는,
   차륜과 각 차륜의 양측 축박스에 각각 하나씩 힌지 결합되며 끝단이 진행방향으로 대향되는 차륜을 향하는 차축암과 차축암의 끝단에 양측이 각각 힌지 결합되는 연결암으로 이루어지는 차륜부와, 정면과 후면에 차륜 상단부가 내포 가능한 개구홈이 형성되고 저면에는 상기 연결암 중심과 힌지 결합되는 하방축이 돌출되는 메인프레임과, 메인 프레임의 하부에 설치되는 계자부와, 상기 메인프레임과 상기 계자부 사이에 수평으로 배치되고 전단과 후단에 각각 설치되는 두 개의 회전축으로 상기 계자부를 지지하는 하부프레임, 을 포함하며,
   상기 계자부는,
   상기 이동체의 진행방향의 중심을 기준으로 전 후 두개로 분리되어 상기 하부프레임의 전단과 후단의 회전축에 의하여 각각 서로 독립적으로 가변가능하게 되는 전단계자부 및 후단계자부로 이루어지고, 상기 전단계자부 또는 후단계자부에 일단이 힌지 결합되고 타단은 상기 연결암의 일측에 힌지 결합되는 힌지브래킷을 포함하는 계자부 조향 이동체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인프레임은 그 저면의 중심에, 저면과 이격을 두고 고정 연결되는 밸런스판을 더 포함하며,
   상기 계자부는, 상기 밸런스판을 중심으로 전단계자부와 후단계자부의 상면에 각각 수직으로 고정 설치되고, 상기 하부프레임을 수직 관통하며, 상부 끝단은 상기 밸런스판 상부로 연장되어 밸런스판 상면의 전단과 후단을 가압시키는 구름재가 구비되는 제1수직지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계자부 조향 이동체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 계자부는 전단계자부와 후단계자부의 양측에 고정 설치되어 계자부 및 상기 힌지브래킷을 힌지 결합시키는 4개의 제2수직지지대를 더 포함하며, 제2수직지지대는 상부 끝단의 일측은 힌지브래킷과 연결되고 타측은 하부를 향하는 구름재가 상기 하부프레임의 상면 중 모서리 부위를 가압하는 것을 특징으로 하는 계자부 조향 이동체.
4. 하부에 길이 방향으로 2열로 마련되어 자계를 발생시키는 계자부와, 이 계자부의 2열 사이에 마련되는 제2계자부를 갖는 이동체와; 주행궤도에 마련되어 전력변환장치에서 공급되는 전원에 의해 이동자계를 발생하되, 상기 2열의 계자부와 각각 대응되도록 2열로 마련되어 2상의 동기신호에 의한 상호작용에 의해 상기 이동체의 추진력을 발생시키는 전기자부와; 2열로 배치되는 상기 전기자부의 사이에 나란하게 설치되어 상기 제2계자부의 계자자속에 의해 유기된 기전력을 검출하는 서치코일부와; 상기 서치코일부에서 검출된 신호를 수신하여 상기 이동체의 위치를 결정하기 위한 제어부를 포함하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템에 있어서,
   상기 이동체는,
   차륜과 각 차륜의 양측 축박스에 각각 하나씩 힌지 결합되며 끝단이 진행방향으로 대향되는 차륜을 향하는 차축암과 차축암의 끝단에 양측이 각각 힌지 결합되는 연결암으로 이루어지는 차륜부와, 정면과 후면에 차륜 상단부가 내포 가능한 개구홈이 형성되고 저면에는 상기 연결암 중심과 힌지 결합되는 하방축이 돌출되는 메인프레임과, 메인프레임 및 상기 계자부 사이에 수평으로 배치되고 상면에 형성되는 전단과 후단의 두 개의 회전축으로 계자부를 지지하는 하부프레임, 을 포함하며,
   상기 계자부는,
   상기 이동체의 진행방향의 중심에서 전 후 두개로 분리되어 상기 하부프레임의 전단과 후단의 회전축에 의하여 각각 서로 독립적으로 가변가능하게 되는 전단계자부 및 후단계자부와, 양 끝단 중 한쪽은 상기 연결암의 일측에 힌지 결합되고 나머지 한쪽은 계자부에 힌지 결합되는 힌지브래킷, 을 포함하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 메인프레임은 그 저면의 중심에, 저면과 이격을 두고 고정 연결되는 밸런스판을 더 포함하며,
   상기 계자부는, 상기 밸런스판을 중심으로 전단계자부와 후단계자부에 각각 구비되고, 상기 하부프레임을 수직 관통하며, 하부 끝단이 전단계자부와 후단계자부의 상면에 각각 고정 결합되고, 상부 끝단은 상기 밸런스판 상부로 연장되어 밸런스판 상면의 전단과 후단을 가압시키는 구름재가 구비되는 제1수직지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 계자부는 전단계자부와 후단계자부의 상면에서 각 차륜의 인접부위에 고정 설치되어 계자부 및 상기 힌지브래킷을 힌지 결합시키는 4개의 제2수직지지대를 더 포함하며, 제2수직지지대는 상부 끝단의 일측은 힌지브래킷과 연결되고 타측은 하부를 향하는 구름재가 상기 하부프레임의 상면 중 모서리 부위를 가압하는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
7. 제4항에 있어서,
   상기 계자부 하부에 횡방향으로 마련되는 충격방지용 보호부재를 더 포함하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 충격방지용 보호부재는 하방으로 곡면을 갖는 막대인 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 충격방지용 보호부재는 자유 회동 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 충격방지용 보호부재는 원통형의 롤러인 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
11. 제4항에 있어서, 상기 전기자부와 서치코일부는 비자성 패널로 이루어진 하우징 내에 마련되는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 하우징은,
    침목과 볼트에 의해 고정되는 하부 패널과;
    상기 하부 패널 상부를 덮도록 마련되는 상부 커버패널을 포함하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 하우징은 다수의 통기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 2상2열 리니어 펄스 모터 추진시스템.

Images