KR102120903B1 - 철도차량용 답면제동 자동간격조정장치 - Google Patents

Abstract

철도차량용 답면제동 자동간격조정장치는 내부 나사드럼, 제1 외부 나사드럼, 푸시로드, 내부 나사판, 제1 가이드바, 락 스프링 및 마찰 클러치를 포함한다. 상기 내부 나사드럼은 외부 하우징을 관통하여 인입되어 구동력을 제공하는 입력축과 연결된다. 상기 제1 외부 나사드럼은 상기 내부 나사드럼에 대하여 상대적으로 회전하여 제1 방향으로의 스트로크를 생성하고, 외주연으로 확장되는 연장부를 포함한다. 상기 푸시로드는 상기 제1 외부 나사드럼에 연결되어 상기 스트로크를 외부로 제공한다. 상기 내부 나사판은 상기 입력축 상에 상기 내부 나사드럼과 소정 간격 이격되어 고정된다. 상기 제1 가이드바는 상기 내부 나사판으로부터 상기 연장부를 관통하여 연장된다. 상기 락 스프링은 상기 제1 외부 나사드럼의 외면에 고정되어 상기 제1 가이드바에 소정의 탄성력을 제공한다. 상기 마찰 클러치는 상기 제1 가이드바와 상기 락 스프링의 사이에 개재된다.

Description

철도차량용 답면제동 자동간격조정장치{AUTOMATIC INTERVAL CONTROL APPARATUS FOR TREAD BRAKE IN RAILWAY VEHICLE}

본 발명은 답면제동 자동간격조정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량용 답면제동장치에 적용되어, 차륜 및 제륜자의 마모를 보상하여 일정한 제동력을 발휘할 수 있으며, 고응답성, 고신뢰성을 가지면서도 소형화나 경량화가 가능한 철도차량용 답면제동 자동간격조정장치에 관한 것이다.

철도차량용 제동장치는 차량의 운동에너지를 열에너지로 변환시켜 차량의 속도를 감소시키는데, 특히, 차륜에 제륜자를 접촉시켜 차량을 감속하는 답면제동장치는 차륜과 접촉함으로서 제동력을 제공하는 제륜자와 상기 제륜자가 장착되는 슈홀더, 상기 슈홀더의 위치를 고정하는 슈홀더 링크, 및 공기압력이나 유압을 이용하여 제동력을 발생시키는 액츄에이터를 포함한다.

이 경우, 상기 액츄에이터는 특히, 상기 제륜자 및 차륜의 마모에 따른 간격을 보상하여 제동성능을 일정하게 유지하는 자동간격조정장치를 포함한다.

한편, 종래 실린더를 이용하는 공압식 답면제동장치에 적용되는 자동간격조정장치에서는, 특히 과대간격이 발생하는 경우 조정너트와 조정스핀들 사이의 회전운동이 발생하여 과대간격이 보상되며, 이러한 공압식 답면제동장치에 대하여는 대한민국 등록특허 제10-0775416호 등에 개시되고 있다.

따라서, 이러한 종래의 공압식 답면제동장치에 사용되는 자동간격조정장치의 경우, 모터에서 발생되는 회전운동을 그대로 입력으로 사용할 수 없어, 별도의 회전운동-직선운동의 변환장치가 설치되어야 하며, 이에 따라 제동장치의 크기가 증가하는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1869240호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 전기모터의 구동에 의해 간격조정을 수행함으로써, 고응답성, 고신뢰성을 가지면서도 소형화나 경량화가 가능하고, 차륜 및 제륜자의 마모를 보상하여 일정한 제동력을 발휘할 수 있는 철도차량용 답면제동 자동간격조정장치에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 철도차량용 답면제동 자동간격조정장치는 내부 나사드럼, 제1 외부 나사드럼, 푸시로드, 내부 나사판, 제1 가이드바, 락 스프링 및 마찰 클러치를 포함한다. 상기 내부 나사드럼은 외부 하우징을 관통하여 인입되어 구동력을 제공하는 입력축과 연결된다. 상기 제1 외부 나사드럼은 상기 내부 나사드럼에 대하여 상대적으로 회전하여 제1 방향으로의 스트로크를 생성하고, 외주연으로 확장되는 연장부를 포함한다. 상기 푸시로드는 상기 제1 외부 나사드럼에 연결되어 상기 스트로크를 외부로 제공한다. 상기 내부 나사판은 상기 입력축 상에 상기 내부 나사드럼과 소정 간격 이격되어 고정된다. 상기 제1 가이드바는 상기 내부 나사판으로부터 상기 연장부를 관통하여 연장된다. 상기 락 스프링은 상기 제1 외부 나사드럼의 외면에 고정되어 상기 제1 가이드바에 소정의 탄성력을 제공한다. 상기 마찰 클러치는 상기 제1 가이드바와 상기 락 스프링의 사이에 개재된다.

일 실시예에서, 상기 마찰 클러치와 상기 제1 가이드바 사이에 개재되어 일 방향으로의 회전을 제한하는 원웨이(one-way) 클러치를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 내부 나사판이 상대적으로 회전하여 상기 제1 방향으로의 스트로크를 생성하는 양면 나사드럼, 및 상기 외부 하우징의 일 측에 형성되며, 상기 양면 나사드럼의 외주면과 회전 가능하도록 결합되는 제2 외부 나사드럼을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 일단은 상기 양면 나사드럼에 연결되고, 상기 원웨이 클러치 및 상기 마찰 클러치를 관통하여 상기 외부 하우징의 연장방향에 평행하게 연장되는 제2 가이드바를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 외부 나사드럼과 상기 푸시로드 사이에 연결되는 푸시 스프링, 및 푸시 베어링, 및 상기 푸시 스프링과 푸시 베어링의 사이와 상기 제2 가이드바의 타단을 동시에 고정시키는 격벽부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 스트로크 행정에서, 상기 내부 나사드럼에 회전함에 따라 상기 제1 외부 나사드럼은 상기 제1 방향으로 전진하고, 상기 제1 가이드바는 상기 마찰 클러치에 의한 마찰력에 의해 이동이 차단될 수 있다.

일 실시예에서, 간격조정 행정에서, 상기 마찰 클러치에 의한 마찰력이 감소함에 따라 상기 제1 가이드바 및 상기 내부 나사판이 상기 제1 방향으로 전진할 수 있다.

일 실시예에서, 탄성변형 행정에서, 상기 푸시스프링의 압축에 따라 상기 락 스프링도 압축되어 상기 마찰 클러치가 체결되며, 상기 외부 하우징의 상기 제2 외부 나사드럼이 상기 양면 나사드럼에 대하여 상기 제1 방향으로 후진할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 간격조정 행정 이후 제동 해제시, 상기 입력축의 역방향 회전에 따라 상기 제1 외부 나사드럼 및 상기 양면나사드럼은 초기 위치로 복귀하며, 상기 내부 나사판은 상기 원웨이 클러치에 고정되어 초기 위치로 복귀하지 않아, 상이 내부 나사판과 상기 외부 하우징 사이에 간격 조정량이 발생할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 궁극적으로 전기모터를 이용하여 제동장치를 구동할 수 있으므로 공주시간을 획기적으로 단축시킬 수 있으며, 외부 온도변화에 무관하게 재현성 및 제동력을 균일하게 발생시킬 수 있는 빠른 응답특성 및 높은 신뢰도를 갖는 제동장치의 구축이 가능하게 된다.

특히, 종래 공압 또는 유압을 이용하는 것과 비교하여, 공압관 및 공압관련 장치, 또는 유압관 및 유압관련장치의 탈거가 가능하여 차량의 경량화 및 제동시스템의 크기를 축소할 수 있어 부품적재의 공간 확보가 가능하여 소형화 및 경량화가 가능하고, 이를 통해 경량전철이나 2층 열차 등에 적용이 가능하다.

또한, 자동간극조정이 기계적으로 구현되므로 별도의 간격보상을 위한 제어 알고리즘 등이 불필요하고 이에 따라 제동력 제어가 용이하게 된다.

즉, 마찰 클러치의 선택적인 동작에 따라 상기 마찰 클러치에 고정되는 제1 가이드바 및 내부 나사판의 구동을 차단하거나 해제할 수 있으며, 원웨이 클러치에 의해 상기 내부 나사판의 역방향 회전이 차단되므로, 상기와 같은 간격보상을 기계적으로 구현할 수 있다.

이 경우, 상기 마찰 클러치의 동작은 결국 락 스프링에 인가되는 압력에 의해 결정되므로, 실제 간격조정이 필요한 상황에 따른 적절한 제어가 기계적으로 수행되는 것으로 즉각적이고 물리적인 체결을 통해 간격보상이 구현될 수 있게 된다.

또한, 제1 외부나사드럼의 나사산의 길이를 조정하여 제동 액츄에이터의 스트로크를 쉽게 변경할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 답면제동 자동간격조정장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 완해 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 스트로크 행정 후의 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 탄성변형 행정 후의 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 간격조정 행정 후의 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 간격조정 행정 및 탄성변형 행정 후의 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 간격조정 행정 후 복귀한 상태를 도시한 단면도이다.

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 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 답면제동 자동간격조정장치를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 답면제동 자동간격조정장치(1, 이하 '자동간격조정장치'라 함)는 외부 하우징(10), 입력축(20), 입력기어(30), 내부 나사드럼(100), 제1 외부 나사드럼(110), 푸시 스프링(120), 푸시 베어링(130), 푸시로드(140), 내부 나사판(200), 양면 나사드럼(210), 제2 외부 나사드럼(220), 제1 가이드바(230), 제2 가이드바(240), 마찰 클러치(300), 원웨이 클러치(310), 락 스프링(320), 푸셔(330) 및 간격조정 마찰면(340)을 포함한다.

우선, 상기 외부 하우징(10)은, 도 1에서는 단면도로 도시되어 전체적인 외부 형상이 도시되지는 않았으나, 내부에 수납공간(11)을 형성하는 원통형 형상, 사각 기둥 형상 등과 같은 다각 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 내부에 소정의 수납공간(11)이 형성된다면 형상은 제한되지 않는다.

상기 외부 하우징(10)의 일 단면(12)으로는 입력축(20)이 관통하여 인입되며, 상기 외부 하우징(10)의 타 단면(13)으로는 푸시로드(140)가 인출되어 연장된다.

상기 입력축(20)은 제1 방향(X)을 따라 연장되며, 상기 입력기어(30)와 연결되어 외부의 구동부, 예를 들어 전기모터 등을 통해 제공되는 회전 구동력을 제공받아 회전하게 되며, 상기 수납공간(11)의 내측으로 인입되는 상기 입력축(20)의 끝단에는 내부 나사드럼(100)이 연결된다.

상기 내부 나사드럼(100)은, 예를 들어, 원통형 형상을 가지며, 상기 내부 나사드럼(100)의 외주연에는 나사산이 형성된다.

상기 제1 외부 나사드럼(110)은 상기 제1 방향으로 연장되고, 소정의 스트로크(stroke)를 가지는 내부 공간(101)을 형성하며 상기 내부공간(101)에는 상기 내부 나사드럼(100)이 인입된다.

이 경우, 상기 제1 외부 나사드럼(110)에서, 상기 내부공간(101)을 형성하는 내면(102)에는 상기 내부 나사드럼(100)과 스크류 결합이되도록 나사산이 형성되며, 이에 따라 상기 내부 나사드럼(100)은 상기 내부공간(101) 상에서 상기 내면(102)과 접하면서 회전하게 된다.

그리하여, 상기 내부 나사드럼(100)과 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 상대적인 회전에 따라 상기 제1 외부 나사드럼(110) 또는 상기 내부 나사드럼(100)은 상기 제1 방향(X)을 따라 전진(+X 방향) 또는 후진(-X 방향)으로 소정의 스트로크로 이동하게 된다.

이러한 상대적인 이동에 의해 후술되는 상기 자동간격조정장치의 다양한 행정이 수행될 수 있으며, 이러한 행정의 구체적인 동작은 후술한다.

상기 푸시로드(140)는 상기 제1 외부 나사드럼(110)에 연결되어 상기 제1 방향(X)으로 연장되고, 상기 외부 하우징(10)의 타 단면(13)을 통해 외부로 돌출된다. 그리하여, 상기 푸시로드(140)는 상기 제1 방향(X)을 따라 스트로크 이동하게 된다.

예를 들어, 상기 푸시로드(140)가 상기 양의 제1 방향으로 전진하게 되면, 상기 푸시로드(140)는 제륜자(미도시)를 이동시켜 차륜(미도시)에 접촉을 유도하게 되며, 상기 푸시로드(140)가 상기 음의 제1 방향으로 후진하게 되면 상기 차륜과의 접촉이 해제될 수 있다.

상기 푸시 스프링(120) 및 상기 푸시 베어링(130)은 상기 푸시로드(140)와 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 사이에 개재된다.

이 경우, 상기 푸시 스프링(120) 및 상기 푸시 베어링(130)의 사이에는 격벽부(121)가 개재된다.

상기 격벽부(121)는 원형 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 원주방향으로의 끝단에는 후술되는 상기 제2 가이드바(240)가 슬라이딩 가능하도록 고정된다.

상기 푸시 베어링(130)은 도시하지는 않았으나, 내부에 상기 푸시로드(140)와 상기 제1 외부 나사드럼(110) 사이에 연결되는 연결축이 위치하여, 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 회전을 유지하도록 한다. 즉, 상기 제1 외부 나사드럼(110)은 상기 내부 나사드럼(100)에 대하여 상대적으로 회전하면서 상기 제1 방향으로의 스트로크를 발생시키는 것으로, 이 경우, 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 상기 제1 방향으로의 스트로크를 상기 푸시로드(140)로 전달하기 위해서는 상기 푸시 베어링(130)을 통한 연결이 필요하다.

상기 푸시 스프링(120)은 소정의 탄성력을 가지는 것으로, 상기 푸시로드(140)를 통해 소정의 압력이 인가되는 경우, 예를 들어, 상기 차륜과 상기 제륜자가 접촉하는 경우 상기 제륜자로부터의 반력이 상기 푸시로드(140)를 통해 제공되는 경우, 이러한 탄성력을 상기 제1 외부 나사드럼(110) 및 후수하는 상기 락 스프링(320)에 제공한다.

즉, 상기 푸시 스프링(120)을 통해 제공되는 압력은, 상기 음의 제1 방향으로의 압력일 수 있다.

상기 내부 나사판(200)은 상기 입력축(20)에 고정되는 것으로, 상기 내부 나사드럼(100)과 소정 거리가 이격된 상태로 상기 입력축(20)에 고정된다.

이 경우, 상기 내부 나사판(200)과 상기 내부 나사드럼(100) 사이의 간격은 일정하게 유지되지만, 상기 내부 나사판(200)과 상기 내부 나사드럼(100)은 상대적으로 회전 운동이 가능하다. 또한, 상기 내부 나사판(200)은, 예를 들어 원형 플레이트 형상일 수 있으며, 상기 외부 하우징(10)의 일 측 내면에 수납될 수 있는 충분한 면적을 가지도록 형성된다.

한편, 상기 제1 외부 나사드럼(110)은, 상기 내부 나사드럼(100)이 인입되도록 상기 내부 공간(101)이 개방되는 방향으로의 끝단에서 상기 제1 방향(X)에 수직인 원주 방향으로 연장되는 연장부(111)를 포함한다.

이 경우, 상기 연장부(111)는 소정의 면적을 가지도록 형성되며, 그리하여 상기 제1 방향을 따라 관찰하였을 때, 상기 제1 외부 나사드럼(110)은 원형 플레이트 상에 개구부가 형성되는 형상을 가지게 된다.

이에, 상기 연장부(111)는 상기 내부 나사판(200)과 소정 거리 이격되며 서로 마주보도록 배치된다.

상기 제1 가이드바(230)는 일 끝단은 상기 내부 나사판(200)에 고정되고, 타 끝단은 상기 연장부(111)를 관통하여 연장된다.

이 경우, 상기 제1 가이드바(230)는, 상기 연장부(111)가 상기 내부 공간(101)의 주변에 형성되므로, 상기 입력축(20) 및 상기 제1 내부나사드럼(100)의 주변에 복수개가 형성될 수 있다. 즉, 도 1에서는 상기 제1 가이드바(230)가 한 쌍으로 상기 입력축(20)의 상하에 각각 형성되는 것을 도시하였으나, 상기 제1 가이드바(230)는 복수개가 상기 입력축(20)의 주변을 따라 형성될 수 있다.

그리하여, 상기 제1 가이드바(230)는 상기 입력축(20)과 서로 평행하게 배열될 수 있다.

한편, 상기 외부 하우징(10)은, 예를 들어 원통형 형상을 가진다고 가정할 때, 상기 일 단면(12) 및 상기 타 단면(13)은 각각 서로 마주보는 원통형 플레이트 형상을 가지게 되며, 상기 일 단면(12)과 상기 타 단면(13) 사이에는 측면(14)이 연결될 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 외부 하우징(10)의 측면(14) 중, 상기 일 단면(12)에 근접한 측에 상기 제2 외부 나사드럼(220)이 형성된다.

이 경우, 상기 제2 외부 나사드럼(220)은 상기 수납공간(11)을 향해 상기 측면(14)보다 돌출되도록 형성될 수 있으며, 내면에는 나사산이 형성되어 상기 양면 나사드럼(210)과의 상대적인 회전에 의해 상기 제1 방향(X)으로의 상대적인 스트로크 이동을 구현할 수 있다.

한편, 상기 양면 나사드럼(210)은, 상기 제2 외부 나사드럼(220)과 상기 내부 나사판(200)의 사이에 개재되고, 상기 양면 나사드럼(210)의 내면에도 나사산이 형성될 수 있다.

그리하여, 상기 양면 나사드럼(210)은 내면에 형성된 나사산에 의해 상기 내부 나사판(200)과 상대적인 회전 구동을 수행할 수 있으며, 마찬가지로, 외면에 형성된 나사산에 의해서도 상기 제2 외부 나사드럼(220)과 상대적인 회전 구동을 수행할 수 있다.

한편, 상기 양면 나사드럼(210)의 끝단에는 상기 제1 가이드바(230)를 향하는 방향으로 소정 길이 돌출된 스토퍼(211)가 형성되며, 이에 따라 상기 내부 나사판(200)이 상기 양면 나사드럼(210)에 대하여 상대적으로 이동하더라도 상기 스토퍼(211)에 의해 추가적인 이동은 제한된다.

그리하여, 소정의 거리 범위 이내에서만 스트로크 이동이 구현되도록 제한될 수 있다.

상기 제2 가이드바(240)는 일단은 상기 양면 나사드럼(210)의 스토퍼(211)에 연결되며, 상기 제1 방향(X)에 평행하도록 상기 수납 공간(11)의 내부에서 연장된다.

이 경우, 상기 제2 가이드바(240)의 타단은 상기 격벽부(121)를 관통하여 연장되며, 상기 제2 가이드바(240) 및 상기 격벽부(121)는 상대적으로 슬라이딩이 가능하도록 서로 연결된다.

그리하여, 후술되는 상기 락 스프링(320)의 압축 등에 따라 상기 격벽부(121)는 상기 제2 가이드바(240) 상에서 슬라이딩 되어 상기 제1 방향(X)을 따라 이동하게 된다.

한편, 상기 제2 가이드바(240)에는, 상기 격벽부(121) 및 상기 양면 나사드럼(210)의 사이에 후술되는 마찰 클러치(300)와 원웨이 클러치(310)가 추가로 고정된다.

이 경우, 상기 제2 가이드바(240)는 도면에서는 한 쌍의 바(bar) 형상이 연장되는 것으로 도시하였으나, 복수의 바들이 서로 평행하게 연장될 수도 있으며, 이와 달리 소정의 두께를 가지는 원통형 플레이트가 상기 수납공간(11)의 내부에서 상기 제1 방향(X)을 따라 연장될 수도 있다.

상기 제2 가이드바(240)가 원통형 플레이트 형상을 가지는 경우라면, 상기 서술된 내부 나사드럼(100), 제1 외부 나사드럼(110) 등의 구성요소는 상기 제2 가이드바(240)의 내부로 위치하게 된다.

상기 마찰 클러치(300)는 후술되는 상기 간격조정 마찰면(340)에서 마찰력을 발생시켜 상기 제1 가이드바(230)의 회전을 제한하는 것으로, 전체적으로는 중앙이 개구된 원형 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 외주연의 끝단은 상기 제2 가이드바(240)에 고정되며, 중심부 측의 내측단은 상기 락 스프링(320)과 상기 제1 가이드바(230) 사이에 개재된다.

즉, 상기 마찰 클러치(300)는 외주연의 끝단이 상기 제2 가이드바(240)에 연결된 상태이며, 이 경우 상기 마찰 클러치(300)는 상기 제2 가이드바(240)에 대하여 상기 제1 방향(X)으로 상대적으로 슬라이딩 이동이 가능하도록 결합된다.

또한, 상기 마찰 클러치(300)의 내측, 즉 상기 제1 외부 나사드럼(110)에 인접한 측은, 상기 락 스프링(320)과 상기 제1 가이드바(230) 사이에 개재된다.

그리하여, 상기 제1 가이드바(230)와 상기 마찰 클러치(300)와의 사이에 마찰력이 발생하게 되면, 상기 마찰 클러치(300)는 고정되어 상기 마찰 클러치(300)에 고정되는 상기 제1 가이드바(230) 역시 회전되지 않고 고정된다. 이와 달리, 상기 제1 가이드바(230)와 상기 마찰 클러치(300)와의 사이에 마찰력이 발생하지 않게 되면, 상기 마찰 클러치(300)는 상기 제1 가이드바(230)와 함께 회전된다.

상기 원웨이 클러치(310)는, 상기 마찰 클러치(300)와 같이 중앙이 개구된 원형 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 이에 상기 원웨이 클러치(310)의 외주연의 끝단도 상기 제2 가이드바(240)에 상기 제1 방향(X)으로의 슬라이딩 이동이 가능하도록 결합된다.

또한, 상기 원웨이 클러치(310)의 중앙 측, 즉 상기 제1 외부 나사드럼(110)을 향하는 방향의 끝단에는 상기 제1 가이드바(230)가 고정된다. 이 경우, 상기 원웨이 클러치(310)는 상기 마찰 클러치(300)와 일 면이 서로 접촉되도록 위치하며, 타 면은 상기 제1 가이드바(230)와 고정된다.

상기 원웨이 클러치(310)는 일 방향으로의 회전만이 가능하도록 구속하며, 이에 역 방향으로의 회전은 불가능하다. 즉, 상기 제1 가이드바(230)는 상기 원웨이 클러치(310)에 맞물린 상태이므로, 일 방향으로의 회전 구동이 수행된 후, 역 방향으로 회전 구동은 제한되므로, 한번 회전 구동된 양이 그대로 유지하게 되며 최초의 위치로 다시 회전 구동되어 복귀될 수 없다.

이와 같이, 상기 제1 가이드바(230)의 회전 구동을 제한하는 것은, 결국 상기 내부 나사판(200)의 회전 구동이 제한되는 것이므로, 상기 내부 나사판(200)은 일 방향으로 회전 구동된 양이 그대로 유지하게 될 뿐, 역 방향으로의 회전 구동은 제한되어 최초의 위치로 복귀되지 못한다.

상기 간격조정 마찰면(340)은 상기 마찰 클러치(300)와 상기 제1 가이드바(230) 사이의 마찰면에 해당되며, 상기 마찰 클러치(300)와 상기 제1 가이드바(230) 사이의 마찰력이 발생하게 되는 접촉면이다.

상기 락 스프링(320)은 소정의 탄성 압축력을 가지는 것으로, 상기 푸시로드(140)로부터 압축력, 즉 음의 제1 방향(-X)으로의 압축력이 제공되면, 상기 락 스프링(320)은 압축된다.

이와 같이, 상기 락 스프링(320)이 압축됨에 따라, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 가이드바(230)와 상기 마찰 클러치(300) 사이의 상기 간격조정 마찰면(340)에는 마찰력이 발생하며 이러한 마찰력으로 인해, 상기 제1 가이드바(230) 및 상기 제1 가이드바(230)에 연결되는 상기 내부 나사판(200)은 회전 등의 구동이 차단된다.

이와 달리, 상기 푸시로드(140)로부터의 압축력이 소실되거나, 상기 양의 제1 방향(+X)으로의 인장력이 제공되면, 상기 락 스프링(320)은 이완되며, 이에 따라 상기 제1 가이드바(230)와 상기 마찰 클러치(300)와의 사이인 상기 간격조정 마찰면(340)의 마찰력은 소실된다. 이에, 상기 제1 가이드바(230) 및 상기 내부 나사판(200)은 회전 등의 구동이 가능하게 된다.

상기 푸셔(330)는 상기 락 스프링(320)의 외부와 상기 제2 가이드바(240)의 내측 사이에 개재되어 상기 락 스프링(320)과 상기 제2 가이드바(240) 사이의 완충 또는 고정력 향상 등의 기능을 수행한다.

이상과 같은 구조를 가지는 상기 답면제동 자동간격조정장치(1)의 구체적인 구동에 대하여는 이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 완해 상태를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 자동간격조정장치(1)가 완해 상태인 경우에는, 상기 내부 내사판(200)은 상기 외부 하우징(10)의 일 단면(12)에 접촉되어 위치하며, 상기 내부 나사드럼(100)은 상기 제1 외부나사드럼(110)의 내부 공간(101)의 안측에 위치하게 되며 이에 따라 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 연장부(111)는 상기 내부 나사판(200)과 접촉되어 위치하게 된다.

이 경우, 상기 푸시로드(140)는 압축된 상태로 위치하므로 상기 락 스프링(320)은 압축되어 상기 마찰 클러치(300)는 상기 제1 가이드바(230)와의 사이에서, 즉 상기 간격 조정마찰면(340)에서 마찰력을 유지하며 위치하게 된다. 이에 따라, 상기 제1 가이드바(230) 및 상기 내부 나사판(200)의 회전 구동은 제한된다.

도 3은 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 스트로크 행정 후의 상태를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 자동간격조정장치(1)가 스트로크 행정을 수행하는 경우에는, 우선, 상기 입력축(20)으로부터 회전 구동력이 제공되어, 상기 내부 나사드럼(100)은 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 내면(102)과의 사이에서 상대적으로 회전하게 된다.

이 경우, 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 내면(102)과 상기 내부 나사드럼(100)의 외면에는 나사산(112)이 형성되므로, 상기 내부 나사드럼(100)의 회전에 의해 상기 제1 외부 나사드럼(110)과 상기 내부 나사드럼(100)은 제1 방향(X)으로 상대적으로 이동하게 된다.

다만, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 락 스프링(320)에는 소정의 압축력이 인가된 상태로 상기 제1 가이드바(230)와 상기 마찰 클러치(300) 사이에는 마찰력이 형성되므로, 상기 제1 가이드바(230) 및 이에 고정되는 상기 내부 나사판(200)은 회전이 제한되어 초기 위치에서 고정된다.

따라서, 상기 내부 나사드럼(100)도 초기 위치에서 고정되며, 이에 따라 상기 내부 나사드럼(100)의 회전에 의해서는 상기 제1 외부 나사드럼(110)이 상기 양의 제1 방향(+X)으로 스트로크를 발생시키며 이동하게 된다.

그리하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 'A' 만큼의 스트로크가 수행되어 해당 스트로크만큼 상기 푸시로드(140)는 전진하게 된다.

도 4는 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 탄성변형 행정 후의 상태를 도시한 단면도이다.

도 3에 도시된 스트로크 행정에 의해, 상기 푸시로드(140)를 통해 발생된 스트로크에 의해 차륜과 제륜자가 접촉하게 되면, 상기 제륜자로부터 전달되는 반력에 의해 상기 푸시로드(140)는 압축력을 인가받게 된다(도 4의 화살표 참조).

이에 도 4를 참조하면, 상기 푸시로드(140)로부터 압축력이 인가됨에 따라 상기 푸시 스프링(120)은 압축(122)되며, 이에 상기 락 스프링(320)도 압축되어 상기 마찰 클러치(300)는 체결 상태를 유지하거나 다시 체결 상태가 되어, 상기 마찰 클러치(300)와 상기 제1 가이드바(230) 사이의 마찰력이 발생하게 된다.

하지만, 이 경우, 이미 상기 내부 나사드럼(100)은 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 내부 공간(101) 상에서 더 이상 이동될 수 없는 상태, 즉 상기 내부 나사드럼(100)과 상기 제1 외부 나사드럼(110) 사이에서 최대 스트로크가 발생한 상태이므로, 두 구성요소 사이의 추가적인 스트로크 발생은 어려운 상태이다.

그리하여, 상기 제1 외부 나사드럼(110)과 상기 내부 나사드럼(100)은 일체로서 상대적인 구동이 제한되며, 추가적인 구동은 상기 양면 나사드럼(210)의 외주연과 상기 제2 외부나사드럼(220)의 내주연 사이에 형성되는 나사산(211)에 의해 수행된다.

즉, 상기 양면 나사드럼(210) 및 상기 제2 가이드바(240)의 내측에 위치한 모든 구성요소들이 일체로서, 상기 제2 외부 나사드럼(220)(즉, 상기 제2 외부 나사드럼(220)을 포함한 외부 하우징(10))에 대하여 상대적으로 회전하게 되며, 이에 따라 도시된 바와 같이, 상기 외부 하우징(10)의 일 단면(12)과 상기 내부 나사판(200) 사이에는 소정의 스트로크(C)가 형성될 수 있다.

이상과 같이, 상기 외부 하우징(10)과 상기 외부 하우징(10)의 내부에 수납되는 모든 구성요소들 사이에서 상대적인 스트로크 변위가 발생되는 탄성행정이 수행될 수 있다.

도 5는 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 간격조정 행정 후의 상태를 도시한 단면도이다.

한편, 도 3에서 설명한 스트로크 행정에 의해서도, 차륜과 제륜자가 접촉하지 않는 경우, 도 5에 도시된 바와 같은 간격조정 행정이 수행된다.

즉, 도 5를 참조하면, 상기 스트로크 행정에 의해서도 차륜과 제륜자가 접촉하지 않게 되면, 상기 락 스프링(320)은 이완되며 이에 따라 상기 제1 가이드바(230)와 상기 마찰 클러치(300) 사이에 인가되는 마찰력은 감소하게 된다.

그리하여, 상기 제1 가이드바(230) 및 상기 내부 나사판(200)은 회전 구동이 가능하게 되며 이에 따라 상기 제1 외부 나사드럼(110)과 함께 회전이 가능하게 된다.

한편, 상기 스트로크 행정에 의해 'A'만큼의 스트로크가 이미 수행된 상태이므로, 상기 내부 나사드럼(100)은 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 내면(102) 상에서 더 이상 상대적인 이동은 불가능한 상태이다.

이에, 상기 제1 외부 나사드럼(110), 상기 내부 나사드럼(100) 및 상기 내부 나사판(200)은 동시에 회전하게 되며, 이러한 회전에 의해 상기 내부 나사판(200)은 상기 양면 나사드럼(210)에 대하여 상대적으로 회전하며, 상기 양의 제1 방향(+X)으로 스트로크 이동하게 된다.

즉, 상기 양면 나사드럼(210)의 내주연과 상기 내부 나사판(200)의 외주연 사이의 나사산(211)에 따라, 상기 내부 나사판(200)은 상기 양면 나사드럼(210)에 대하여 상기 양의 제1 방향으로 전진하게 된다.

이 경우, 상기 양의 제1 방향으로의 스트로크 이동에 따라, 도시된 바와 같이, 상기 내부 나사드럼(200)과 상기 외부 하우징(10)의 일 단면(12) 사이에는 'B' 만큼의 간격이 발생하게 된다.

그리하여, 상기 푸시로드(140)도 상기 양의 제1 방향(+X)으로 전진하게 된다. 즉, 상기 푸시로드(140)는 추가로 전진하여 이동하게 되므로, 앞선 스트로크 행정을 통해서도 차륜과 제륜자가 접촉하지 않는 경우에, 이러한 추가적인 전진 이동으로 차륜과 제륜자 사이의 접촉을 수행하게 되며, 상기 간격조정 행정이 수행된다.

즉, 이상과 같은 간격조정 행정을 통해, 실제 기 설정된 스트로크에 의해 차륜과 제륜자가 접촉하지 않는 경우, 추가 스트로크 이동을 수행할 수 있어, 차륜과 제륜자의 접촉을 적절히 수행할 수 있으며, 이 경우, 상기 차륜과 제륜자의 접촉에 필요한 스트로크에 따라 상기 'B'의 스트로크 간격은 다양하게 설정될 수 있다.

도 6은 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 간격조정 행정 및 탄성변형 행정 후의 상태를 도시한 단면도이다.

도 6을 참조하면, 도 5에서 설명한 간격조정 행정이 수행되면, 차륜과 제륜자는 접촉을 통해 제동이 수행되는데, 이러한 제동에서는 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제륜자로부터 전달되는 반력에 의해 상기 푸시로드(140)는 압축력을 인가받게 된다(도 6의 화살표 참조).

상기 푸시로드(140)로부터 압축력이 인가됨에 따라 상기 푸시 스프링(120)은 압축(122)되며, 이에 상기 락 스프링(320)도 압축되어 상기 마찰 클러치(300)는 체결 상태를 유지하거나 다시 체결 상태가 되어, 상기 마찰 클러치(300)와 상기 제1 가이드바(230) 사이의 마찰력이 발생하게 된다.

하지만, 이 경우, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 이미 상기 내부 나사드럼(100)은 상기 제1 외부 나사드럼(110)의 내부 공간(101) 상에서 더 이상 이동될 수 없는 상태, 즉 상기 내부 나사드럼(100)과 상기 제1 외부 나사드럼(110) 사이에서 최대 스트로크가 발생한 상태이므로, 두 구성요소 사이의 추가적인 스트로크 발생은 어려운 상태이다.

그리하여, 상기 제1 외부 나사드럼(110)과 상기 내부 나사드럼(100)은 일체로서 상대적인 구동이 제한되며, 추가적인 구동은 상기 양면 나사드럼(210)의 외주연과 상기 제2 외부나사드럼(220)의 내주연 사이에 형성되는 나사산(211)에 의해 수행된다.

즉, 상기 양면 나사드럼(210) 및 상기 제2 가이드바(240)의 내측에 위치한 모든 구성요소들이 일체로서, 상기 제2 외부 나사드럼(220)(즉, 상기 제2 외부 나사드럼(220)을 포함한 외부 하우징(10))에 대하여 상대적으로 회전하게 되며, 이에 따라 도시된 바와 같이, 상기 외부 하우징(10)의 일 단면(12)과 상기 내부 나사판(200) 사이에는 소정의 스트로크(C)가 추가로 형성될 수 있다.

즉, 도 5를 참조하여 설명한 간격조정 행정에서 상기 내부 나사판(200)은 상기 외부 하우징(10)의 일 단면(12)과의 사이에서 간격조정을 위한 스트로크(B)가 생성된 상태이므로, 상기 스트로크(B)에 더하여, 상기 스트로크(C)가 추가로 형성된다.

그리하여, 상기 내부 나사판(200)과 상기 외부 하우징(10)의 일 단면(12)과의 사이에는 'B+C'의 스트로크가 발생하게 된다.

이상과 같이, 간격조정 행정이 종료된 이후에도, 상기 외부 하우징(10)과 상기 외부 하우징(10)의 내부에 수납되는 모든 구성요소들 사이에서 상대적인 스트로크 변위가 발생되는 탄성행정이 추가로 수행될 수 있다.

도 7은 도 1의 답면제동 자동간격조정장치의 간격조정 행정 후 복귀한 상태를 도시한 단면도이다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 제동을 수행하는 경우 스트로크 행정, 간격 조정행정 및 탄성행정이 발생하게 되며, 상기 제동의 수행이 종료되면, 즉 제동이 해제되면, 도 7에 도시된 바와 같은 복귀 행정이 수행된다.

즉, 도 7을 참조하면, 제동의 해제를 위해서는 상기 입력축(20)으로 입력되는 회전 구동의 방향이 전환되면, 즉 모터가 역회전으로 구동하게 되면, 상기 내부 나사드럼(100)은 역회전으로 구동되어 상기 제1 외부 나사드럼(110)은 음의 제1 방향(-X)로 스트로크 이동되어 복귀하게 된다.

다만, 이 경우, 상기 마찰 클러치(300)에 결합되는 상기 원웨이 클러치(310)에 의해, 상기 제1 가이드바(230) 및 이에 연결되는 상기 내부 나사판(200)은 역회전이 수행되는 것이 차단된다. 이에 따라, 상기 내부 나사판(200)은 원위치로 복귀하지 못하며, 상기 제1 외부 나사드럼(110) 만이 원위치, 즉 상기 내부 나사드럼(100)이 상기 내부 공간(101)의 끝단까지 다다른 지점으로 복귀하게 된다.

그리하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 결국 상기 내부 나사판(200)은 상기 외부 하우징(10)의 일 단면(12)과의 사이에서 소정의 간격(D)이 형성되며 위치하게 되고, 상기 소정의 간격(D)은 결과적인 간격 조정량으로 남게 된다.

즉, 제동의 해제가 구현되더라도 상기 'D'만큼의 간격이 상기 내부 나사판(200)과 상기 외부 하우징(10)의 일 단면(12)과의 사이에서 형성되며, 이와 같은 간격 제어가 수행될 수 있다.

한편, 앞선 상세한 설명을 통해, 예시한 간격들(A, B, C, D)은, 각각의 나사산의 길이 등을 변경함으로써 다양하게 설계 변경이 가능하고, 이는 본 실시예에서의 답면제동 자동간격조정장치가 적용되는 철도차량의 설계 및 제동 상태를 고려하여 다양하게 최적 설계할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 궁극적으로 전기모터를 이용하여 제동장치를 구동할 수 있으므로 공주시간을 획기적으로 단축시킬 수 있으며, 외부 온도변화에 무관하게 재현성 및 제동력을 균일하게 발생시킬 수 있는 빠른 응답특성 및 높은 신뢰도를 갖는 제동장치의 구축이 가능하게 된다.

특히, 종래 공압 또는 유압을 이용하는 것과 비교하여, 공압관 및 공압관련 장치, 또는 유압관 및 유압관련장치의 탈거가 가능하여 차량의 경량화 및 제동시스템의 크기를 축소할 수 있어 부품적재의 공간 확보가 가능하여 소형화 및 경량화가 가능하고, 이를 통해 경량전철이나 2층 열차 등에 적용이 가능하다.

또한, 자동간극조정이 기계적으로 구현되므로 별도의 간격보상을 위한 제어 알고리즘 등이 불필요하고 이에 따라 제동력 제어가 용이하게 된다.

즉, 마찰 클러치의 선택적인 동작에 따라 상기 마찰 클러치에 고정되는 제1 가이드바 및 내부 나사판의 구동을 차단하거나 해제할 수 있으며, 원웨이 클러치에 의해 상기 내부 나사판의 역방향 회전이 차단되므로, 상기와 같은 간격보상을 기계적으로 구현할 수 있다.

이 경우, 상기 마찰 클러치의 동작은 결국 락 스프링에 인가되는 압력에 의해 결정되므로, 실제 간격조정이 필요한 상황에 따른 적절한 제어가 기계적으로 수행되는 것으로 즉각적이고 물리적인 체결을 통해 간격보상이 구현될 수 있게 된다.

또한, 제1 외부나사드럼의 나사산의 길이를 조정하여 제동 액츄에이터의 스트로크를 쉽게 변경할 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.

1 : 답면제동 자동간격조정장치
10 : 외부 하우징 20 : 입력축
30 : 입력기어 100 : 내부 나사드럼
110 : 제1 외부 나사드럼 120 : 푸시 스프링
130 : 푸시 베어링 140 : 푸시 로드
200 : 내부 나사판 210 : 양면 나사드럼
220 : 제2 외부 나사드럼 230 : 제1 가이드바
240 : 제2 가이드바 300 : 마찰 클러치
310 : 원웨이 클러치 320 : 락 스프링
330 : 푸셔 340 : 간격조정 마찰면

Claims (9)

1. 외부 하우징을 관통하여 인입되어 구동력을 제공하는 입력축과 연결된 내부 나사드럼;
   상기 내부 나사드럼에 대하여 상대적으로 회전하여 제1 방향으로의 스트로크를 생성하고, 외주연으로 확장되는 연장부를 포함하는 제1 외부 나사드럼;
   상기 제1 외부 나사드럼에 연결되어 상기 스트로크를 외부로 제공하는 푸시로드;
   상기 입력축 상에 상기 내부 나사드럼과 소정 간격 이격되어 고정되는 내부 나사판;
   상기 내부 나사판으로부터 상기 연장부를 관통하여 연장되는 제1 가이드바;
   상기 제1 외부 나사드럼의 외면에 고정되어 상기 제1 가이드바에 소정의 탄성력을 제공하는 락 스프링; 및
   상기 제1 가이드바와 상기 락 스프링의 사이에 개재된 마찰 클러치를 포함하고,
   스트로크 행정에서, 상기 내부 나사드럼에 회전함에 따라 상기 제1 외부 나사드럼은 상기 제1 방향으로 전진하고, 상기 제1 가이드바는 상기 마찰 클러치에 의한 마찰력에 의해 이동이 차단되는 것을 특징으로 하는 답면제동 자동간격조정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마찰 클러치와 상기 제1 가이드바 사이에 개재되어 일 방향으로의 회전을 제한하는 원웨이(one-way) 클러치를 더 포함하는 답면제동 자동간격조정장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 내부 나사판이 상대적으로 회전하여 상기 제1 방향으로의 스트로크를 생성하는 양면 나사드럼; 및
   상기 외부 하우징의 일 측에 형성되며, 상기 양면 나사드럼의 외주면과 회전 가능하도록 결합되는 제2 외부 나사드럼을 더 포함하는 답면제동 자동간격조정장치.
4. 제3항에 있어서,
   일단은 상기 양면 나사드럼에 연결되고, 상기 원웨이 클러치 및 상기 마찰 클러치를 관통하여 상기 외부 하우징의 연장방향에 평행하게 연장되는 제2 가이드바를 더 포함하는 답면제동 자동간격조정장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 외부 나사드럼과 상기 푸시로드 사이에 연결되는 푸시 스프링, 및 푸시 베어링; 및
   상기 푸시 스프링과 푸시 베어링의 사이와 상기 제2 가이드바의 타단을 동시에 고정시키는 격벽부를 더 포함하는 답면제동 자동간격조정장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   간격조정 행정에서,
   상기 마찰 클러치에 의한 마찰력이 감소함에 따라 상기 제1 가이드바 및 상기 내부 나사판이 상기 제1 방향으로 전진하는 것을 특징으로 하는 답면제동 자동간격조정장치.
8. 제5항에 있어서,
   탄성변형 행정에서,
   상기 푸시스프링의 압축에 따라 상기 락 스프링도 압축되어 상기 마찰 클러치가 체결되며,
   상기 외부 하우징의 상기 제2 외부 나사드럼이 상기 양면 나사드럼에 대하여 상기 제1 방향으로 후진하는 것을 특징으로 하는 답면제동 자동간격조정장치.
9. 제8항에 있어서,
   간격조정 행정 이후 제동 해제시,
   상기 입력축의 역방향 회전에 따라 상기 제1 외부 나사드럼 및 상기 양면나사드럼은 초기 위치로 복귀하며,
   상기 내부 나사판은 상기 원웨이 클러치에 고정되어 초기 위치로 복귀하지 않아, 상기 내부 나사판과 상기 외부 하우징 사이에 간격 조정량이 발생하는 것을 특징으로 하는 답면제동 자동간격조정장치.

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