KR102044298B1 - 동력 차단이 가능한 철도차량용 전자기계 제동시스템 - Google Patents

Abstract

동력 차단이 가능한 철도차량용 전자기계 제동시스템은 구동모터, 제1 회전 구동부, 편심부 및 제1 및 제2 레버부들을 포함한다. 상기 구동모터는 외부의 제어신호에 의해 회전한다. 상기 제1 회전 구동부는 상기 구동모터의 회전에 따라 회전한다. 상기 편심부는 상기 제1 회전 구동부의 회전축으로부터 편심되어 위치하며, 상기 제1 회전 구동부의 회전에 따라 편심회전한다. 상기 제1 및 제2 레버부들은 제동패드가 고정되어 상기 편심부의 편심회전에 따라 상기 제동패드를 동작시킨다. 상기 구동모터가 회전하는 경우에도, 상기 구동모터로부터 상기 제1 회전 구동부로 제공되는 구동력은 구동 완해에 따라 선택적으로 차단된다.

Description

동력 차단이 가능한 철도차량용 전자기계 제동시스템{ELECTRO-MECHANICAL BRAKE SYSTEM FOR RAILWAY ROAD HAVING A DOG CLUTCH}

본 발명은 철도차량용 전자기계 제동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량용 제동시스템에 전기모터를 적용하여 철도차량의 제동에 필요한 제동력을 확보하면서도 최종 기어단에 전달되는 토크 또는 구동력을 필요에 따라 차단함으로써 제동 완해를 수행할 수 있는 동력 차단이 가능한 철도차량용 전자기계 제동시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 철도차량에 적용되는 제동시스템(10)을 도시한 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 철도차량에서는 제동전자제어장치(ECU)(11)에 의해 제동제어장치(BOU)(13)가 제어되며, 차량 압축공기통(12)으로부터 전달된 공기에 의해 덤프밸브(dump valve)(14)가 제동 캘리퍼(16)를 동작시키되, 이 경우 WSP 제어기(17)에서 제동 디스크(15)의 속도 신호를 바탕으로 상기 덤프밸브(14)를 피드백 제어하는 것을 특징으로 한다.

이러한, 종래 철도차량의 제동시스템(10)에서는 공압기반 제동시스템으로서, 열차의 각 대차별로 설치되는 경우 차지하는 공간이 증가하고 응답속도가 느리며 이에 따른 정밀제어가 어려운 단점이 있다.

이에, 종래 공압기반 제동시스템을 모터 등의 전자제동시스템으로 대체하는 기술이 개발되고 있으며, 현재까지 자동차 등의 소형 차량에 적용되는 전자제동시스템은 다수의 기술들이 개발되고는 있으나, 철도 차량에 적용될 수 있는 전자제동시스템에 대한 연구는 미진한 상황이다.

예를 들어, 일본 공개특허 제2017-515064호에서는 복수의 기어를 배치한 모터를 이용한 제동 시스템을 개시하고 있으나, 복수의 기어를 배치하는 것은 공간상의 문제나 중량이 증가하는 문제가 있다.

나아가, 현재까지 개발되고 있는 전자제동시스템의 경우, 모터의 구동에 따라 구동력이 발생되는 상황에서는 모터에 제공되는 전류를 차단하더라도 기어 또는 감속기 내의 마찰저항으로 일정한 압부력이 잔류하게 되며, 이러한 압부력의 잔류는, 특히 철도차량에서 문제를 야기하게 된다.

즉, 철도차량의 경우 특정 대차의 제동장치가 문제가 생겼을 경우 해당 대차의 제동을 완해시키고 운행을 하게 되는데, 제동 완해가 되지 않는 경우라면 철도차륜은 레일 상에서 활주하게 되며 이에 따라 탈선 등의 안전 문제가 발생하게 된다.

따라서, 모터에 제공되는 전류의 차단 외에 잔류하는 압부력를 제거하기 위한 별도의 매커니즘의 필요성이 특히 철도차량에 적용되는 전자기계 제동시스템에서 대두되고 있는 상황이다.

일본 공개특허 제2017-515064호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 종래 공압기반 철도차량의 제동시스템을 전기모터를 이용하여 대체하여 철도차량의 제동에 필요한 충분한 제동력을 확보하여 중량이나 부피를 최소화하면서도, 최종 기어단에 전달되는 토크나 구동력을 효과적으로 차단하여 안전성을 향상시킬 수 있는 동력 차단이 가능한 철도차량용 전자기계 제동시스템에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 철도차량용 전자기계 제동시스템은 구동모터, 제1 회전 구동부, 편심부 및 제1 및 제2 레버부들을 포함한다. 상기 구동모터는 외부의 제어신호에 의해 회전한다. 상기 제1 회전 구동부는 상기 구동모터의 회전에 따라 회전한다. 상기 편심부는 상기 제1 회전 구동부의 회전축으로부터 편심되어 위치하며, 상기 제1 회전 구동부의 회전에 따라 편심회전한다. 상기 제1 및 제2 레버부들은 제동패드가 고정되어 상기 편심부의 편심회전에 따라 상기 제동패드를 동작시킨다. 상기 구동모터가 회전하는 경우에도, 상기 구동모터로부터 상기 제1 회전 구동부로 제공되는 구동력은 구동 완해에 따라 선택적으로 차단된다.

일 실시예에서, 상기 구동모터와 상기 제1 회전 구동부의 사이에 연결되어, 상기 구동모터의 구동력 전달을 구동 완해에 따라 선택적으로 차단하는 감속기를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 감속기는, 제1 및 제2 감속축들을 포함하는 감속 회전축, 및 상기 감속 회전축에 고정되며, 상기 제2 감속축 상에서 이동하여 상기 구동력을 전달하거나 차단하는 클러치부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 감속기는, 상기 구동모터와 상기 제1 감속축을 연결하는 제1 감속기어, 상기 제1 감속축과 상기 제1 회전 구동부를 연결하는 제2 감속기어, 및 상기 제2 감속기어의 내측에서 상기 감속 회전축에 대하여 회전하는 베어링을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 클러치부는 돌출부를 포함하고, 상기 제2 감속기어는 함몰부를 포함하여, 상기 돌출부가 상기 함몰부에 결합되는 경우 상기 구동 모터의 구동력이 상기 제1 회전 구동부로 전달될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 구동 모터로부터 연장되며, 제1 및 제2 구동축들을 포함하는 구동 모터축, 및 상기 제2 구동축 상에서 이동하여 상기 구동력을 전달하거나 차단하는 클러치부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 회전 구동부의 회전 중심과 동일한 회전 중심을 가지는 반달기어, 상기 반달기어와 상기 구동 모터축을 연결하는 구동기어, 및 상기 구동기어의 내측에서 상기 구동 모터축에 대하여 회전하는 베어링을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 클러치부는 돌출부를 포함하고, 상기 구동기어는 함몰부를 포함하여, 상기 돌출부가 상기 함몰부에 결합되는 경우 상기 구동 모터의 구동력이 상기 제1 회전 구동부로 전달될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 레버부는 일 끝단에는 제1 제동패드가 고정되고, 상기 편심부에 연결되어 상기 편심부의 편심회전에 따라 상기 제1 제동패드를 동작시키고, 상기 제2 레버부는 일 끝단에 고정된 제2 제동패드를 동작시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 레버부의 타 끝단과 상기 제2 레버부의 타 끝단 사이의 간극을 일정하게 유지하는 간극 조절부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 편심부가 상기 구동모터 방향으로 편심회전하는 경우, 상기 제1 제동패드는 제동 디스크와 밀착되어 제동을 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 레버부의 중간에 연결되며, 상기 간극 조절부가 이동됨에 따라 상기 제2 레버부가 회전하는 회전축이 되는 제2 회전 구동부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 편심부가 상기 구동모터 방향으로 편심회전하는 경우, 상기 제2 회전 구동부가 회전하여 상기 제2 레버부의 일 끝단에 연결된 제2 제동패드를 제동 디스크에 밀착시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 공압을 이용하여 구동하던 철도 차량의 제동시스템에서, 모터와 기어의 조합으로 제동을 수행함으로써, 보다 정확하고 정밀한 제동 제어가 가능하며, 공압 제공 구성을 제거할 수 있어 부피와 용량을 최소화하여 컴팩트한 제동 시스템을 구현할 수 있다.

특히, 편심부를 통한 편심회전, 및 편심부에 연결된 레버부의 구조를 통해 상대적으로 단순한 구조로 설계가 가능하면서도, 철도 차량의 제동을 구현하기에 충분한 제동력을 획득할 수 있다.

또한, 간극 조절부를 두 레버부들의 끝단에 연결함으로써, 편심부를 하나의 레버부에만 연결하여 구동시키더라도, 한 쌍의 레버부들이 한 쌍의 제동패드를 동시에 제동 디스크에 밀착될 수 있도록 구동할 수 있어, 구동이 단순하고, 복잡한 기어 결합을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 감속기를 구동모터와 편심부 사이에 배치하여, 편심부 구동의 토크를 증가시킬 수 있으며, 감속기를 부채꼴 형상으로 형성함으로써 별도의 감속기어를 생략하면서도 필요한 토크 증대 효과를 가져올 수 있다.

또한, 구동 전달의 차단시, 종래의 단순히 모터에 인가되는 전류를 차단하더라도 압부력이 잔류하는 문제를 해결하여, 구동 전달 및 차단을 클러치부의 맞물림 및 이의 해제를 통해 물리적으로 구현함으로써, 잔류 압부력을 모두 제거할 수 있어, 특히, 철도차량에서 탈선 등의 안전 사고를 최소화할 수 있다.

이 경우, 클러치부는 감속 회전축 또는 구동 모터축에 고정된 상태에서, 감속 회전축 또는 구동 모터축의 이동에 따라 감속 기어 또는 구동기어와 결합 또는 해제될 수 있으므로, 예를 들어 사용자가 수동으로 클러치부를 동작시키는 등의 상대적으로 간단한 동작으로도 구동 전달 또는 해제를 선택적으로 수행할 수 있으며, 안정적인 구동 완해를 구현할 수 있다.

또한, 베어링을 감속 회전축 또는 구동 모터축의 외측에 구비함으로써, 클러치부가 결합되지 않는 경우에는, 구동 모터가 동작하는 것과 무관하게 동력 전달을 차단할 수 있어, 급작스러운 구동 전달의 해제가 요구되는 경우 전기적 동작의 제어 없이 물리적인 동작만으로 동력 전달의 차단을 효과적으로 수행할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 철도차량용 공압기반 제동시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 철도차량용 전자기계 제동시스템을 도시한 모식도이다.
도 3은 도 2의 철도차량용 전자기계 제동시스템에서 구동모터, 감속기 및 제1 회전 구동부를 상세히 도시한 모식도이다.
도 4는 도 3의 감속기의 예를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 철도차량용 전자기계 제동시스템의 일부를 도시한 모식도이다.
도 6은 도 5의 철도차량용 전자기계 제동시스템에서 구동모터, 반달기어 및 제1 회전 구동부를 상세히 도시한 모식도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 철도차량용 전자기계 제동시스템을 도시한 모식도이다. 도 3은 도 2의 철도차량용 전자기계 제동시스템에서 구동모터, 감속기 및 제1 회전 구동부를 상세히 도시한 모식도이다. 도 4는 도 3의 감속기의 예를 도시한 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 철도차량용 전자기계 제동시스템(100)은 구동모터(110), 구동기어(111), 감속기(120), 제1 회전 구동부(130), 편심부(140), 제2 회전 구동부(150), 간극 조절부(160), 제1 레버부(170), 제2 레버부(180) 및 제동부(190)를 포함한다.

상기 구동모터(110)는 외부의 제어신호에 의해 회전하며, 외부로부터 제공되는 전원에 의해 회전 구동된다. 이 경우, 상기 구동모터(110)는 시계방향 또는 반시계방향으로 모두 회전이 가능하며, 회전 방향에 따라 후술되는 제동부의 제동이 수행되거나 제동이 중단된다.

상기 구동모터(110)에는 구동모터축(112)이 제3 방향(Z)을 따라 연장되며, 상기 구동모터축(112)에는 구동기어(111)가 연결되어, 상기 구동모터(110)의 구동에 따라 상기 구동기어(111)가 회전하게 된다. 즉, 상기 구동기어(111)는 상기 제3 방향을 회전 중심축으로 회전한다.

이 경우, 상기 구동기어(111)는 상기 감속기(120)와 기어결합된다.

보다 구체적으로, 상기 감속기(120)는 감속 회전축(121), 제1 및 제2 감속 기어들(124, 125), 베어링(126) 및 클러치부(127)를 포함한다.

우선, 상기 감속 회전축(121)은 상기 구동 모터축(112)과 평행하게 연장되며, 제1 감속축(122) 및 제2 감속축(123)이 상기 연장된 방향으로 서로 연결되도록 구성된다.

이 경우, 상기 제1 감속축(122)에는 상기 제1 감속기어(124) 및 상기 제2 감속기어(125)가 결합되며, 상기 제2 감속축(122)에는 상기 클러치부(127)가 결합된다.

이 경우, 상기 제1 감속기어(124)는 상기 구동기어(111)와 결합되어, 상기 구동모터(110)의 회전속도를 감속시키며, 이에 따라 상기 감속기(120)에 결합되는 상기 제1 회전 구동부(130)의 회전 토크를 증가시킨다.

이에 따라, 본 실시예에서는 상기 감속 회전축(121)은 상기 구동모터(110)의 회전방향과는 반대방향으로 회전한다.

상기 제2 감속기어(125)는 후술되는 상기 제1 회전 구동부(130)와 결합되어 상기 감속기(120)에 의해 감속됨에 따라 증가하는 토크를 상기 제1 회전 구동부(130)에 전달하게 된다.

한편, 본 실시예에서는, 상기 제2 감속기어(125)와 상기 제1 감속축(122)의 사이에 베어링(126)이 개재된다. 그리하여, 상기 제1 감속기어(124)를 통해 전달되는 회전력이 상기 제1 및 제2 감속축들(122, 123)에 전달되더라도, 상기 베어링(126)에 의해 상기 제1 회전 구동부(130)로 구동력은 전달되지 않고 차단된다.

즉, 상기 베어링(126)에 의해, 상기 제1 감속축(122)과 상기 제2 감속기어(125) 사이에서는 구동이 전달되지 않는 상태가 유지된다.

상기 클러치부(127)는 상기 제2 감속축(123) 상에 이동가능하도록 고정된다. 이를 위해, 상기 제2 감속축(123) 상에는 상기 클러치부(127)가 상기 제2 감속축(123) 상에 슬라이딩되어 이동될 수 있도록 슬라이딩 홈이 형성될 수 있다.

상기 클러치부(127)는 상기 제2 감속축(123) 상에서 슬라이딩 이동되며 상기 제2 감속기어(125)와 결합될 수 있다.

이를 위해, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 클러치부(127)에는 돌출부(128)가 돌출되며, 상기 제2 감속기어(125)에는 함몰부(129)(또는 홀(hole))가 형성된다.

그리하여, 상기 클러치부(127)가 상기 제2 감속기어(125)에 결합되는 경우, 상기 돌출부(128)가 상기 함몰부(129)에 삽입되어 고정되며, 상기 결합이 해제되는 경우 상기 돌출부(128)는 상기 함몰부(129)로부터 이탈된다.

이와 같이, 상기 클러치부(127)가 상기 제2 감속기어(125)에 결합되는 경우, 상기 클러치부(127)가 고정된 상기 제2 감속축(123)과 상기 제2 감속기어(125)는 일체로 구동되므로, 상기 베어링(126)에 의해 상기 제1 감속축(122)과 상기 제2 감속기어(125) 사이에서 동력이 전달되지 않더라도, 상기 감속 회전축(121)과 상기 제2 감속기어(125)는 서로 구속되어 일체로 회전하게 되며, 이에 따라 상기 감속기(120)의 구동력이 상기 제1 회전 구동부(130)로 전달된다.

이와 달리, 상기 클러치부(127)가 상기 제2 감속기어(125)로부터 해제되는 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 감속 회전축(121)은 상기 베어링(126)에 의해 상기 제2 감속기어(125)로 회전 구동력을 전달하지 못하며, 이에 따라 동력 전달은 차단된다.

즉, 상기 클러치부(127)의 결합 또는 해제에 따라 상기 감속기(120)의 구동력, 즉 상기 구동모터(110)의 구동력이 상기 제1 회전구동부(130)로 선택적으로 전달 또는 차단될 수 있게 된다.

한편, 상기 클러치부(127)의 상기 제2 감속축(123) 상에서의 이동은 자동 또는 수동으로 수행될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 클러치부(127)가 상기 제2 감속축(123) 상의 슬라이딩 홈을 따라 이동하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지는 않으며 다양한 방법으로의 이동이 가능하다.

상기 제1 회전 구동부(130)는 상기 감속기(120)와 결합되며 회전하고, 상기 감속기(120)에 의해 증가된 토크로 회전한다. 이 경우, 상기 제1 회전 구동부(130)는 상기 감속기(120)의 회전방향과 반대로 회전하며, 상기 감속기(120)와 기어결합할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제1 회전 구동부(130)는 제1 회전 구동축(132) 및 제1 회전 구동기어(133)를 포함한다.

상기 제1 회전 구동기어(133)는 상기 제2 감속 기어(125)와 결합하여, 상기 제2 감속기어(125)가 회전하는 경우 증가된 토크를 전달받게 되며, 이를 통해 상기 제1 회전 구동축(132)은 회전 중심(131)을 중심으로 회전하게 된다.

상기 편심부(140)는 상기 제1 회전 구동부(130)의 회전 중심(131)으로부터 소정거리(e)만큼 편심된 회전중심(141)을 가지며, 상기 제1 회전 구동부(130)가 회전 중심(131)으로 회전하는 경우, 편심되며 회전한다.

이 경우, 상기 편심부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1 회전 구동부(130)와 일체로 형성될 수 있으며, 이와 달리, 상기 제1 회전 구동부(130) 상에 별도의 결합유닛을 통해 결합될 수도 있다.

상기 제1 레버부(170)는 일 끝단에는 상기 제동부(190)의 제1 제동패드(191)가 고정되며, 타 끝단에는 후술하는 상기 간극 조절부(160)의 제1 고정부(161)가 고정된다. 또한, 상기 편심부(140)는 상기 제1 레버부(170)의 중간에 연결된다. 이 경우, 상기 제1 레버부(170)는 상기 편심부(140)와는 회전 고정되도록 연결되고, 이에 따라 상기 제1 레버부(170)가 상기 편심부(140)의 움직임에 따라 내측방향으로 움직일 수 있다.

한편, 상기 제2 레버부(180)도 일 끝단에는 상기 제동부(190)의 제2 제동패드(192)가 고정되며, 타 끝단에는 후술하는 상기 간극 조절부(160)의 제2 고정부(163)가 고정된다. 또한, 상기 제2 레버부(180)의 중간에는 상기 제2 회전 구동부(150)가 연결된다.

이 경우, 상기 제2 회전 구동부(150)는 상기 편심부(140)와 상기 구동모터(110)를 기준으로 대칭되는 위치에 위치할 수도 있으며, 설계에 따라 위치는 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 상기 제2 레버부(180)도 상기 제2 회전 구동부(150)와는 고정되도록 연결된다. 다만, 상기 제2 회전 구동부(150)는 중심축(151)을 중심으로 회전할 수 있으며, 상기 제2 회전 구동부(150)가 회전함에 따라 상기 제2 레버부(180)도 상기 중심축(151)을 중심으로 회전할 수 있다.

상기 간극 조절부(160)는 상기 제1 레버부(170)의 타 끝단이 연결되는 제1 고정부(161), 상기 제2 레버부(180)의 타 끝단이 연결되는 제2 고정부(163), 및 상기 제1 및 제2 고정부들(161, 163)을 서로 연결하는 연결부(162)를 포함한다.

이 경우, 상기 제1 고정부(161)에 연결된 상기 제1 레버부(170)는 상기 제1 고정부(161)에 대하여 회전되지 않으며, 마찬가지로 상기 제2 고정부(163)에 연결된 상기 제2 레버부(180)도 상기 제2 고정부(163)에 대하여 회전하지 않는다.

또한, 상기 연결부(162)도 상기 제1 및 제2 고정부들(161, 163)과의 연결관계가 변화하거나, 상대적으로 회전하지 않고 고정되도록 연결된다.

한편, 상기 제동부(190)는, 상기 제1 레버부(170)의 일 끝단에 연결되어 상기 제1 레버부(170)의 이동에 따라 동작되는 제1 제동패드(191), 상기 제2 레버부(180)의 일 끝단에 연결되어 상기 제2 레버부(180)의 이동에 따라 동작되는 제2 제동패드(192), 및 상기 제1 및 제2 제동패드들(191, 192) 사이에 위치하는 제동 디스크(193)를 포함한다.

그리하여, 상기 제1 및 제2 제동패드들(191, 192)이 상기 제동 디스크(193)를 향해 밀착되면, 제동이 수행되며, 반대로 이격되면 제동이 중단된다.

본 실시예에서, 상기 구동모터(110)의 회전에 따른 제동 메커니즘을 설명하면 하기와 같다. 이 경우, 상기 클러치부(127)가 상기 제2 감속기어(125)에 결합되어 동력이 전달되는 상황에 대한 설명이다.

예를 들어, 상기 구동모터(110)가 도 2에 도시된 화살표 방향인 시계방향으로 회전하면, 이와 맞물린 상기 감속기(120)는 반시계방향으로 회전하며 회전속도를 감속하고 토크를 증가시킨다. 또한, 상기 감속기(120)의 회전에 따라 상기 제1 회전 구동부(130)는 시계방향으로 회전하게 되며, 이 때 상기 편심부(140)도 시계 방향으로 회전하되, 상기 편심부(140)는 소정 거리(e) 편심되므로 상기 구동모터(110) 방향, 즉 음의 제2 방향(-Y)으로 이동되기 시작한다.

이 경우, 상기 제2 방향(Y)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제동 디스크(193)가 연장된 방향에 수직인 방향이고, 제1 방향(X)은 상기 제2 방향(Y)에 수직인 방향으로 상기 제동 디스크(193)가 연장된 방향으로 정의된다.

한편, 상기 편심부(140)가 음의 제2 방향으로 이동되는 경우, 상기 편심부(140)는 소정 거리(e)가 편심된 상태이고, 상기 제1 회전구동부(130)가 소정의 토크(T)로 회전하므로, 상기 편심부(140)는 소정의 힘(F=T/e)으로 이동하게 된다.

또한, 상기 편심부(140)가 이동되는 힘은, 상기 제1 회전구동부(130)의 토크에 비례하고, 상기 편심된 거리(e)에 반비례 하므로, 상기 구동모터(110) 및 상기 감속기(120)의 회전 속도 및 감속비 등을 선택하여 필요한 힘이 작용하도록 설계할 수 있다.

이와 같이, 상기 편심부(140)가 음의 제2 방향으로 이동되기 시작하면, 상기 편심부(140)에 고정된 상기 제1 레버부(170) 역시 음의 제2 방향(-Y)으로 이동되며 이에 따라 상기 제1 제동패드(191)도 음의 제2 방향으로 이동되어 상기 제동 디스크(193)와 밀착하게 된다.

한편, 상기 제1 레버부(170)가 음의 제2 방향으로 이동되면, 상기 제1 레버부(170)의 타 끝단에 고정된 제1 고정부(161)도 음의 제2 방향으로 이동되고, 이에 따라 상기 간극 조절부(160) 전체, 즉 상기 연결부(162) 및 상기 제2 고정부(163)가 모두 상기 음의 제2 방향(-Y)으로 이동한다.

이에 따라, 상기 제2 고정부(163)에 연결된 상기 제2 레버부(180)도 음의 제2 방향으로 이동하게 되는데, 이 경우, 상기 제2 회전 구동부(150)는 중심축(151)을 중심으로 도시된 바와 같이 시계방향으로 회전하게 된다. 그리하여, 상기 제2 레버부(180)는 상기 제2 회전 구동부(150)의 중심축(151)을 중심으로 회전하며, 상기 제2 레버부(180)의 일 끝단에 고정된 상기 제2 제동패드(192)는 양의 제2 방향(+Y)으로 이동하여, 상기 제동 디스크(193)와 밀착하게 된다.

이상과 같이, 상기 구동모터(110)가 시계방향으로 회전함에 따라, 상기 제1 및 제2 제동패드들(191, 192)이 상기 제동 디스크(193)를 향해 밀착되어, 제동이 수행된다.

이와 달리, 상기 구동모터(110)가 반시계 방향으로 회전하면, 상기 제동 디스크(193)로 밀착된 상기 제1 및 제2 제동패드들(191, 192)이 벌어지며, 제동이 중단된다.

본 실시예에서와 같이, 상기 구동모터(110)의 회전 구동만으로 제동을 수행할 수 있으므로, 제동 제어를 보다 정확하고 정밀하게 수행할 수 있으며, 제동 시스템을 컴팩트하게 설계할 수 있다. 나아가, 상기 구동모터(110)의 회전 속도, 감속기와의 기어결합비, 편심부의 편심량(e) 등을 다양하게 변경함으로써, 철도 차량의 제동에 필요한 압부력을 최적으로 도출할 수 있다. 특히, 상기 클러치부(127)가 상기 제2 감속기어(125)에 선택적으로 결합 또는 해제될 수 있어, 상기 동력 전달을 필요에 따라 제공 또는 차단할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 철도차량용 전자기계 제동시스템의 일부를 도시한 모식도이다. 도 6은 도 5의 철도차량용 전자기계 제동시스템에서 구동모터, 반달기어 및 제1 회전 구동부를 상세히 도시한 모식도이다.

본 실시예에 의한 철도차량용 전자기계 제동시스템(200)은, 감속기로 반달기어(220)가 적용되고 제1 회전 구동부(230) 및 편심부(240)의 회전 구동을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 제동시스템(100)과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에서의 상기 철도차량용 전자기계 제동시스템(200)은 구동모터(210), 구동기어(211), 제1 회전 구동부(230), 편심부(240) 및 제2 회전 구동부(250)를 포함하며, 각각은 구조 및 배열에 있어서 앞서 설명한 상기 구동모터(110), 구동기어(111), 제1 회전 구동부(130), 편심부(140) 및 제2 회전 구동부(150)와 실질적으로 동일하다.

한편, 본 실시예에서의 상기 구동모터(210), 구동기어(211), 제1 회전 구동부(230), 편심부(240) 및 제2 회전 구동부(250)는 수납부(201)에 의해 수납되도록 배치된다.

나아가, 본 실시예에서의 제동시스템(200)도 제1 및 제2 레버부들(170, 180), 간극 조절부(160)와 제동부(190)를 포함하며, 설명의 편의상 이를 생략하였고, 구조 및 배열 등은 앞서 설명한 제동시스템(100)에서와 동일하다. 다만, 상기 제동시스템(200)의 동작에 대하여는 후술한다.

한편, 본 실시예에서는 감속기로 반달기어(220)가 적용된다.

즉, 상기 구동모터(210)의 구동기어(211)에 기어 결합되는 감속기가, 도시된 바와 같이 부채꼴 형상을 가지는 반달기어(220)가 적용되며, 상기 반달기어(220)의 원주면은 상기 구동기어(211)와 기어 결합되고, 상기 반달기어(220)의 회전 중심은 상기 제2 회전 구동부(230)의 회전 중심과 동일하게 회전된다.

이와 같이, 상기 감속기로서 반달기어(220)가 사용됨에 따라 자체적으로 감속비를 갖게 되어 복잡한 형상의 감속기를 대체할 수 있으며, 감속기의 회전을 위한 회전축을 생략할 수 있어 설계가 단순해지며, 부피나 크기를 최소화할 수 있다.

이 경우, 상기 반달기어(220)는 도시된 바와 같은 부채꼴 형상을 가질 수 있으며, 상기 부채꼴의 원주의 길이나 반경 등은 다양하게 설계될 수 있음은 자명하다.

보다 구체적으로, 상기 구동모터(210)에는 구동모터축(212)이 상기 제3 방향(Z)을 따라 연장되며, 상기 구동모터축(212)에는 구동기어(211)가 연결되어, 상기 구동모터(210)의 구동에 따라 상기 구동기어(211)가 회전하게 된다. 즉, 상기 구동 기어(211)는 상기 제3 방향을 회전 중심축으로 회전하게 된다.

이 경우, 상기 구동기어(211)는 본 실시예에서 감속기의 역할을 수행하는 상기 반달기어(220)와 기어결합된다. 그리하여, 상기 구동모터(210)의 회전속도는 감속되며, 상기 반달기어(220)에 결합되는 상기 제1 회전 구동부(230)의 회전 토크는 증가하게 된다.

또한, 상기 구동모터축(212)은 제1 구동축(213) 및 제2 구동축(214)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 구동축들(213, 214)은 서로 연장되며 연결된다.

상기 제1 구동축(213)에는 상기 구동기어(211)가 결합되고, 상기 제2 구동축(214)에는 클러치부(217)가 결합된다.

한편, 본 실시예에서는, 상기 구동기어(211)와 상기 제1 구동축(213) 사이에 베어링(216)이 개재된다. 그리하여, 제1 구동축(213)을 통해 전달되는 회전력이 상기 구동기어(211)로 전달되지 않으며, 차단된다.

즉, 상기 베어링(216)에 의해, 상기 제1 구동축(213)과 상기 구동기어(211) 사이에는 구동이 전달되지 않는 상태가 유지된다.

상기 클러치부(217)는 상기 제2 구동축(214) 상에 이동가능하도록 고정된다. 이를 위해, 상기 제2 구동축(214) 상에는 상기 클러치부(217)가 상기 제2 구동축(214) 상에서 슬라이딩되어 이동될 수 있도록 슬라이딩 홈이 형성될 수 있다.

상기 클러치부(217)는 상기 제2 구동축(214) 상에서 슬라이딩 이동되며 상기 구동기어(211)와 결합될 수 있다.

이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 클러치부(217)에는 돌출부(218)가 돌출되며, 상기 구동기어(211)에는 함몰부(219)(또는 홀(hole))가 형성된다.

그리하여, 상기 클러치부(217)가 상기 구동기어(211)에 결합되는 경우, 상기 돌출부(218)가 상기 함몰부(219)에 삽입되어 고정되며, 상기 결합이 해제되는 경우 상기 돌출부(218)는 상기 함몰부(219)로부터 이탈된다.

이와 같이, 상기 클러치부(217)가 상기 구동기어(211)에 결합되는 경우, 상기 클러치부(217)가 고정된 상기 제2 구동축(214)과 상기 구동기어(211)는 일체로 구동되므로, 상기 베어링(126)에 의해 상기 제1 구동축(213)과 상기 구동기어(211) 사이에서 동력이 전달되지 않더라도, 상기 구동 모터축(212)과 상기 구동기어(211)는 서로 구속되어 일체로 회전하게 되며, 이에 따라 상기 구동모터(210)의 구동력이 상기 제1 회전 구동부(230)로 전달된다.

이와 달리, 상기 클러치부(217)가 상기 구동기어(211)로부터 해제되는 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 구동 모터축(212)은 상기 베어링(126)에 의해 상기 구동기어(211)로 회전 구동력을 전달하지 못하며, 이에 따라 동력 전달은 차단된다.

즉, 상기 클러치부(217)의 결합 또는 해제에 따라 상기 구동모터(210)의 구동력이 상기 제1 회전구동부(230)로 선택적으로 전달 또는 차단될 수 있게 된다.

한편, 상기 클러치부(217)의 상기 제2 구동축(214) 상에서의 이동은 자동 또는 수동으로 수행될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 클러치부(217)가 상기 제2 구동축(214) 상의 슬라이딩 홈을 따라 이동하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지는 않으며 다양한 방법으로의 이동이 가능하다.

상기 제1 회전 구동부(230)는 상기 반달기어(220)와 결합되며 회전하고, 상기 반달기어(220)에 의해 증가된 토크로 회전한다. 이 경우, 상기 제1 회전 구동부(230)는 상기 반달기어(220)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전하게 된다.

이 경우, 상기 제1 회전 구동부(230)는 제1 회전 구동축(232)을 포함하고, 상기 제1 회전 구동축(232)에는 상기 반달기어(220)와 함께 상기 편심부(240)가 결합된다. 그리하여, 상기 구동기어(211)가 회전하는 경우 증가된 토크를 전달받게 되며, 이를 통해 상기 제1 회전 구동축(232)은 회전 중심(231)을 중심으로 회전하게 된다.

상기 편심부(240)는 상기 제1 회전 구동부(230)의 회전 중심(231)으로부터 소정거리(e)만큼 편심된 회전중심(241)을 가지며, 상기 제1 회전 구동부(230)가 회전 중심(231)으로 회전하는 경우, 편심되며 회전한다.

이 경우, 상기 편심부(240)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1 회전 구동부(230)와 일체로 형성될 수 있으며, 이와 달리, 상기 제1 회전 구동부(230) 상에 별도의 결합유닛을 통해 결합될 수도 있다.

이러한 구성을 바탕으로, 이하에서는 본 실시예에 의한 상기 구동모터(210)의 회전에 따른 제동 메커니즘을 설명하면 하기와 같다. 이 경우, 상기 클러치부(217)가 상기 구동기어(211)에 결합되어 동력이 전달되는 상황에 대한 설명이다.

한편, 상기 구동모터(210)가 도 5에 도시된 바와 같이 시계방향으로 회전하게 되면, 상기 반달기어(220)는 상기 제1 회전 구동부(230)의 회전 중심(231)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하고, 이와 동시에 상기 제1 회전 구동부(230)도 반시계 방향으로 회전한다. 그리하여, 상기 제1 회전 구동부(230)의 회전 중심(231)으로부터 소정 거리 편심된 상기 편심부(240)는 상기 음의 제2 방향(-Y)으로 이동하게 되며 이에 따라 전술한 바와 같이 상기 제1 제동패드(191)는 상기 제1 레버부(170)에 의해 음의 제2 방향(-Y)으로 이동되며 상기 제동 디스크(193)에 밀착된다.

마찬가지로, 상기 편심부(240)가 음의 제2 방향으로 이동함에 따라 상기 제1 레버부(170)의 타 끝단에 연결된 간극 조절부(160)도 음의 제2 방향으로 이동되며 이에 따라 상기 간극 조절부(160)에 타 끝단이 연결된 상기 제2 레버부(180)도 동일한 방향으로 이동되고, 이 경우 상기 제2 회전 구동부(250)는 고정된 상태에서 회전가능하므로 상기 제2 레버부(180)는 상기 제2 회전 구동부(250)를 중심으로 회전하게 된다.

이에 따라, 상기 제2 회전 구동부(250)의 일 끝단에 연결된 상기 제2 제동 패드(192)는 양의 제2 방향(+Y)으로 이동되어 상기 제동 디스크(193)에 밀착된다.

이와 달리, 상기 구동모터(210)가 반시계방향으로 회전하면 제동 수행이 중단된다.

즉, 본 실시예에서는, 감속기를 반달기어로 대체하였으나, 동일 제동 메커니즘을 수행할 수 있어, 보다 컴팩트한 설계이면서도 무게와 부피를 최소화하여 동일한 수준의 제동을 수행할 수 있다.

나아가, 상기 클러치부(217)가 상기 구동기어(211)에 선택적으로 결합 또는 해제될 수 있어, 상기 동력 전달을 필요에 따라 제공 또는 차단할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 공압을 이용하여 구동하던 철도 차량의 제동시스템에서, 모터와 기어의 조합으로 제동을 수행함으로써, 보다 정확하고 정밀한 제동 제어가 가능하며, 공압 제공 구성을 제거할 수 있어 부피와 용량을 최소화하여 컴팩트한 제동 시스템을 구현할 수 있다.

특히, 편심부를 통한 편심회전, 및 편심부에 연결된 레버부의 구조를 통해 상대적으로 단순한 구조로 설계가 가능하면서도, 철도 차량의 제동을 구현하기에 충분한 제동력을 획득할 수 있다.

또한, 간극 조절부를 두 레버부들의 끝단에 연결함으로써, 편심부를 하나의 레버부에만 연결하여 구동시키더라도, 한 쌍의 레버부들이 한 쌍의 제동패드를 동시에 제동 디스크에 밀착될 수 있도록 구동할 수 있어, 구동이 단순하고, 복잡한 기어 결합을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 감속기를 구동모터와 편심부 사이에 배치하여, 편심부 구동의 토크를 증가시킬 수 있으며, 감속기를 부채꼴 형상으로 형성함으로써 별도의 감속기어를 생략하면서도 필요한 토크 증대 효과를 가져올 수 있다.

또한, 구동 전달의 차단시, 종래의 단순히 모터에 인가되는 전류를 차단하더라도 압부력이 잔류하는 문제를 해결하여, 구동 전달 및 차단을 클러치부의 맞물림 및 이의 해제를 통해 물리적으로 구현함으로써, 잔류 압부력을 모두 제거할 수 있어, 특히, 철도차량에서 탈선 등의 안전 사고를 최소화할 수 있다.

이 경우, 클러치부는 감속 회전축 또는 구동 모터축에 고정된 상태에서, 감속 회전축 또는 구동 모터축의 이동에 따라 감속 기어 또는 구동기어와 결합 또는 해제될 수 있으므로, 예를 들어 사용자가 수동으로 클러치부를 동작시키는 등의 상대적으로 간단한 동작으로도 구동 전달 또는 해제를 선택적으로 수행할 수 있으며, 안정적인 구동 완해를 구현할 수 있다.

또한, 베어링을 감속 회전축 또는 구동 모터축의 외측에 구비함으로써, 클러치부가 결합되지 않는 경우에는, 구동 모터가 동작하는 것과 무관하게 동력 전달을 차단할 수 있어, 급작스러운 구동 전달의 해제가 요구되는 경우 전기적 동작의 제어 없이 물리적인 동작만으로 동력 전달의 차단을 효과적으로 수행할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 철도차량용 전자기계 제동시스템은 철도차량의 제동장치로 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

100, 200 : 제동시스템
110, 210 : 구동모터 120 : 감속기
121 : 감속 회전축 112, 212 : 구동 모터축
124 : 제1 감속기어 125 : 제2 감속기어
126, 216 : 베어링 127, 217 : 클러치부
130, 230 : 제1 회전구동부 140, 240 : 편심부
150, 250 : 제2 회전구동부 160 : 간극 조절부
170 : 제1 레버부 180 : 제2 레버부
190 : 제동부 201 : 수납부
220 : 반달기어

Claims (13)

1. 외부의 제어신호에 의해 회전하는 구동모터;
   상기 구동모터의 회전에 따라 회전하는 제1 회전 구동부;
   상기 제1 회전 구동부의 회전축으로부터 편심되어 위치하며, 상기 제1 회전 구동부의 회전에 따라 편심회전하는 편심부;
   제동패드가 고정되어 상기 편심부의 편심회전에 따라 상기 제동패드를 동작시키는 제1 및 제2 레버부들;
   상기 구동 모터로부터 연장되며, 제1 및 제2 구동축들을 포함하는 구동 모터축;
   상기 제2 구동축에 형성된 슬라이딩 홈을 따라 상기 제2 구동축 상에서 이동하여 구동력을 전달하거나 차단하는 클러치부;
   상기 제1 회전 구동부의 회전 중심과 동일한 회전 중심을 가지는 반달기어;
   상기 반달기어와 상기 구동 모터축을 연결하는 구동기어; 및
   상기 제1 구동축 상에 연결되며, 상기 구동기어의 내측에서 상기 구동 모터축에 대하여 회전하여, 상기 제1 구동축의 구동력이 상기 구동기어로 전달되는 것을 차단하는 베어링을 포함하며,
   상기 구동모터가 회전하는 경우에도, 상기 구동모터로부터 상기 제1 회전 구동부로 제공되는 구동력은 구동 완해에 따라 선택적으로 차단되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전자기계 제동시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 클러치부는 돌출부를 포함하고, 상기 구동기어는 함몰부를 포함하여,
   상기 돌출부가 상기 함몰부에 결합되는 경우 상기 구동 모터의 구동력이 상기 제1 회전 구동부로 전달되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전자기계 제동시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 레버부는 일 끝단에는 제1 제동패드가 고정되고, 상기 편심부에 연결되어 상기 편심부의 편심회전에 따라 상기 제1 제동패드를 동작시키고,
   상기 제2 레버부는 일 끝단에 고정된 제2 제동패드를 동작시키는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전자기계 제동시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 레버부의 타 끝단과 상기 제2 레버부의 타 끝단 사이의 간극을 일정하게 유지하는 간극 조절부를 더 포함하는 철도차량용 전자기계 제동시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 편심부가 상기 구동모터 방향으로 편심회전하는 경우,
    상기 제1 제동패드는 제동 디스크와 밀착되어 제동을 수행하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전자기계 제동시스템.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 레버부의 중간에 연결되며, 상기 간극 조절부가 이동됨에 따라 상기 제2 레버부가 회전하는 회전축이 되는 제2 회전 구동부를 더 포함하는 철도차량용 전자기계 제동시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 편심부가 상기 구동모터 방향으로 편심회전하는 경우,
    상기 제2 회전 구동부가 회전하여 상기 제2 레버부의 일 끝단에 연결된 제2 제동패드를 제동 디스크에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 철도차량용 전자기계 제동시스템.
    
    

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