KR102304283B1 - 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차 - Google Patents

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KR102304283B1
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박계출
김원경
장병희
윤성기
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(주)성신알에스티
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Abstract

본 발명은 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 충전 전원으로 구동되는 철도차량에 적용되도록 감속기와 제동장치가 일체형으로 구성되어 구조의 단순화 및 경량화가 가능한 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차는 배터리의 충전 전원으로 구동되는 철도차량에 적용되는 대차에 있어서, 대차의 진행방향으로 배치되는 복수개의 사이드프레임(110)과 상기 사이드프레임(110)들 사이에 사이드프레임(110)과 직교하는 방향으로 연결되는 복수개의 센터프레임(120)으로 이루어지는 대차프레임(100); 상기 대차프레임(100) 상에 일정간격을 두고 이격 설치되되 양측에 차륜(210)이 각각 구비되는 한 쌍의 차축(200); 상기 대차프레임(100)의 상부에 설치되어 철도차량의 차체의 하중을 지지하는 스윙볼스터(700); 철도차량의 차체와 스윙볼스터(700) 사이에 구비되는 링 형상의 볼스터 베어링(740); 상기 센터프레임(120)의 중간부에 연결 지지되어 상기 배터리로부터 전원을 제공받아 구동되는 구동모터(300); 상기 구동모터(300)의 구동축에 연결되어 구동모터(300)에 의한 동력을 감속기(500)로 전달하는 커플링(400); 상기 차축(200)에 설치되어 상기 구동모터(300)의 회전속도를 감속하는 감속기(500); 및 상기 감속기(500)에 일체로 연결되어 제동력을 발휘하는 제동장치(600);를 포함하며, 상기 제동장치(600)는, 상기 감속기(500)의 일측에 설치된 허브에 회전 가능하게 결합되는 브레이크 디스크(610); 상기 브레이크 디스크(610)의 양쪽에 걸쳐 브레이크 패드를 지지하는 캘리퍼(620); 및 상기 캘리퍼(620)의 일측에 연결되며, 공압 또는 유압에 의해 작동되어 브레이크 패드를 밀어 브레이크 디스크(610)를 압박하는 피스톤이 구비된 브레이크 실린더(630);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차{Bogie for railway vehicle powered by battery}
본 발명은 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 충전 전원으로 구동되는 철도차량에 적용되도록 감속기와 제동장치가 일체형으로 구성되어 구조의 단순화 및 경량화가 가능한 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량에 적용되는 대차의 경우 차체의 중량을 지지함과 동시에 각 차륜에 차체의 중량이 고르게 분포되도록 하고, 상기 차체에 대하여 자유롭게 방향을 전환하여 철도차량의 주행을 원활하게 한다.
이러한 철도차량 대차는 보통 차륜과 차축으로 이루어진 윤축; 상기 차축 양단부의 저널부를 지지함과 동시에 회전 가능하도록 베어링이 내장된 액슬박스; 상기 액슬박스의 상단에 안착 고정되는 사이드 프레임; 상기 사이드 프레임과 액슬박스 사이에 설치되어 차륜으로부터 전달된 진동을 1차적으로 감쇠하는 제1 현수장치; 상기 사이드 프레임의 상단 중앙부에 설치됨과 동시에 그 상단에 차체가 연결 고정되어 차체로 전달되는 진동을 2차적으로 감쇠하는 제2 현수장치로 구성되어 있다.
이때, 상기 제1 현수장치로는 코일스프링, 쉐브론스프링, 고무스프링 등이 사용되고 있으며, 상기 제2 현수장치로는 에어스프링, 코일스프링 등이 사용되고 있다.
이와 같이 구성된 종래의 철도차량용 대차는 철도차량의 주행에 따른 진동이 대차에 작용하게 되면, 사이드 프레임과 차축의 양단 사이 즉, 각 차륜 양단부의 액슬박스 양측에 설치된 제1 현수장치인 스프링의 탄성력에 의해 차륜으로부터 전달된 진동이 1차적으로 감쇠되고, 상기와 같이 제1 현수장치인 스프링을 통해 1차적으로 감쇠된 진동은 상기 사이드 프레임을 거쳐 제2 현수장치인 스프링 상단에 고정된 차체로 전달되게 되는데, 이때 사이드 프레임 및 제2 현수장치를 거쳐 차체로 전달되는 진동의 경우, 상기 사이드 프레임과 차체 사이에 설치된 제2 현수장치인 스프링의 쿠션작용에 의해 2차적으로 감쇠되게 되는 등, 철도차량의 주행 시 차륜으로부터 사이드 프레임을 거쳐 차체로 전달되는 진동을 감쇠시켜 승객의 안락한 승차감을 제공하게 된다.
그러나, 상기와 같이 철도차량의 주행에 따른 진동을 감쇠시키기 위한 현수기능이 각 차륜 측에 설치된 제1 현수장치와, 상기 사이드 프레임과 차체 사이에 설치된 제2 현수장치 등 2차의 현수기능으로만 이루어져 있기 때문에, 철도차량의 주행 시 차륜으로부터 차체로 전달되는 진동을 완전히 감쇠시키지 못하고 잔량의 진동이 차체로 전달되면서 이로 인한 차체의 흔들림을 통해 승객의 승차감이 크게 저하되는 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일예가 하기 문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 철도차량용 대차의 차륜으로부터 전달된 진동을 감쇠하는 제1 현수장치; 볼스터와 사이드 프레임 사이에 연결 설치되어 볼스터를 지지함과 아울러, 사이드 프레임을 통해 전달된 진동을 감쇠하는 제2 현수장치; 상기 볼스터 상단에 설치되어 차체로 전달되는 진동을 감쇠하는 제3 현수장치로 구성되되, 상기 제2 현수장치는 볼스터와 사이드 프레임의 각 양측에 형성된 지지링크 고정부; 상기 지지링크 고정부에 연결 설치된 지지링크;로 구성된 것을 특징으로 하는 3차 현수기능의 철도차량용 대차에 대해 개시되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술은 일반적인 철도차량에 적용되는 대차로서, 이러한 대차는 차축에 복수개의 디스크가 설치될 뿐만 아니라 패드, 빔, 레버 등의 설치로 인하여 대차 구조가 복잡해지고, 디스크 균열 등의 문제가 발생할 경우 디스크 주변 부품들을 모두 분해해야 하는 어려움이 있어 작업시간이 오래 걸리고, 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 아울러, 현재까지 배터리 충전 전원으로 구동되는 철도차량 전용 대차에 대한 기술이 개발되지 못하고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0604379호(2006.07.18. 등록)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 제동을 위해서 차축에 복수개의 디스크가 설치된 구조로 이루어진 종래의 대차와 달리, 감속기와 제동장치가 일체형으로 구성되어 구조의 단순화 및 경량화를 도모할 수 있는 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 코니컬 러버 스프링의 탄성력에 의해 차륜으로부터 전달된 진동이 1차적으로 감쇠되고, 코일스프링에 의해 진동이 2차적으로 감쇠되며, 수직댐퍼, 횡댐퍼 및 드로우바에 의해 진동이 3차적으로 감쇠됨으로써, 상하, 좌우 또는 전후방향으로 이동되는 철도차량의 차체의 유동성 및 대차프레임을 통해 스윙볼스터로 전달되는 진동을 감쇠시킬 수 있으며, 특히 횡댐퍼의 설치로 인하여 철도차량과 대차 간의 회전반경에 따른 곡선추종성(Curving performance)을 향상시킬 수 있는 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차는 배터리의 충전 전원으로 구동되는 철도차량에 적용되는 대차에 있어서, 대차의 진행방향으로 배치되는 복수개의 사이드프레임(110)과 상기 사이드프레임(110)들 사이에 사이드프레임(110)과 직교하는 방향으로 연결되는 복수개의 센터프레임(120)으로 이루어지는 대차프레임(100); 상기 대차프레임(100) 상에 일정간격을 두고 이격 설치되되 양측에 차륜(210)이 각각 구비되는 한 쌍의 차축(200); 상기 대차프레임(100)의 상부에 설치되어 철도차량의 차체의 하중을 지지하는 스윙볼스터(700); 철도차량의 차체와 스윙볼스터(700) 사이에 구비되는 링 형상의 볼스터 베어링(740); 상기 센터프레임(120)의 중간부에 연결 지지되어 상기 배터리로부터 전원을 제공받아 구동되는 구동모터(300); 상기 구동모터(300)의 구동축에 연결되어 구동모터(300)에 의한 동력을 감속기(500)로 전달하는 커플링(400); 상기 차축(200)에 설치되어 상기 구동모터(300)의 회전속도를 감속하는 감속기(500); 및 상기 감속기(500)에 일체로 연결되어 제동력을 발휘하는 제동장치(600);를 포함하며, 상기 제동장치(600)는, 상기 감속기(500)의 일측에 설치된 허브에 회전 가능하게 결합되는 브레이크 디스크(610); 상기 브레이크 디스크(610)의 양쪽에 걸쳐 브레이크 패드를 지지하는 캘리퍼(620); 및 상기 캘리퍼(620)의 일측에 연결되며, 공압 또는 유압에 의해 작동되어 브레이크 패드를 밀어 브레이크 디스크(610)를 압박하는 피스톤이 구비된 브레이크 실린더(630);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 한 쌍의 차축(200) 중 어느 하나의 차축에 설치되는 감속기(500); 상기 감속기(500)에 일체로 연결되어 제동력을 발휘하는 제동장치(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 사이드프레임(110)의 하부 일측에 설치되어 차축(200)을 회전 가능하게 지지하는 액슬박스(130); 상기 사이드프레임(110)의 중간부와 스윙볼스터(700) 사이에 설치되어 철도차량의 차체로 전달되는 진동을 감쇠하는 복수의 코일스프링(140); 및 상기 사이드프레임(110)과 액슬박스(130) 사이에 설치되어 차륜(210)으로부터 전달된 진동을 감쇠하는 복수개의 코니컬 러버 스프링(150);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700) 사이에 수직방향으로 배치되어 철도차량의 차체와 대차의 수직방향 움직임으로 인한 진동을 감쇠하는 한 쌍의 수직댐퍼(160)를 포함하고, 상기 사이드프레임(110)의 외측에는 수직댐퍼(160)의 하부를 지지하도록 댐퍼브라켓(113)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700) 사이에 배치되어 횡방향 움직임으로 인한 진동을 감쇠하는 한 쌍의 횡댐퍼(170)를 포함하고, 상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700) 사이에 수평방향으로 배치되어 전후방으로 흔들리는 차체의 진동을 감쇠하는 드로우바(180)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차는 감속기와 제동장치가 일체형으로 구성됨으로써 구조의 단순화 및 경량화로 인하여 조립 및 정비시간을 단축시키고, 대차프레임 상에 제동장치를 장착하기 위한 별도의 공간이 필요하지 않으며, 대차의 무게를 줄이는 한편 제동장치 관련 부속품의 교체 및 유지관리를 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 철도차량용 대차에 1차, 2차, 3차적으로 진동을 감쇠시키는 구조를 적용함으로써 상하, 좌우 또는 전후방향으로 이동되는 철도차량의 차체의 유동성 및 대차프레임을 통해 스윙볼스터로 전달되는 진동을 감쇠시키는 한편, 횡댐퍼의 설치로 인하여 철도차량과 대차 간의 회전반경에 따른 곡선추종성을 향상시킴으로써 철도차량이 곡선 구간을 안정적으로 주행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 대차프레임을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차를 도시한 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차를 도시한 측면도.
도 6은 본 발명에 따른 제동장치를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 제동장치를 도시한 평면도.
도 8은 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차의 다른 실시예를 도시한 평면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차는 배터리의 충전 전원으로 구동되는 철도차량에 적용되는 것으로, 대차프레임(100), 차축(200), 구동모터(300), 커플링(400), 감속기(500), 제동장치(600) 및 스윙볼스터(700)를 포함하여 구성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 대차프레임(100)은 철도차량 차체의 하중을 지지하는 역할을 하는 것으로, 대차의 진행방향으로 배치되는 복수개의 사이드프레임(110)과 상기 사이드프레임(110)들 사이에 사이드프레임(110)과 직교하는 방향으로 연결되는 복수개의 센터프레임(120)으로 이루어진다.
상기 사이드프레임(110)의 중간에는 코일스프링(140)을 구비할 수 있도록 오목한 형태의 홈부(111)가 형성된다.
상기 사이드프레임(110)의 홈부(111)에는 코일스프링(140)의 위치를 고정시키기 위한 고정브라켓(123)이 설치된다.
또한, 상기 사이드프레임(110)의 외측에는 스윙볼스터(700)의 후방 이동을 제한하는 제한가이드(112)가 돌출 형성된다.
또한, 상기 사이드프레임(110)의 외측에는 수직댐퍼(160)의 하부를 지지하도록 댐퍼브라켓(113)이 형성된다. 상기 댐퍼브라켓(113)의 내부에는 수직댐퍼(160)가 안착되도록 반원호 형상의 안착홈을 갖는 댐퍼지지부(113a)가 형성된다. 또한, 상기 댐퍼브라켓(113)의 하단에는 돌출부(113b)가 형성되며, 상기 돌출부(113b) 사이에 수직댐퍼(160)가 위치하게 된다.
상기 사이드프레임(110)의 외측에는 상하로 이격 배치되는 한 쌍의 체결구(114)가 형성된다. 상기 체결구(114)에는 볼트, 너트 등의 체결부재가 체결되며, 상기 체결구(114) 사이에는 드로우바(180)의 타측이 연결된다.
한편, 상기 센터프레임(120)은 원형의 파이프 또는 원형의 봉으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정하지 않고 사각형상으로 이루어질 수도 있다.
상기 센터프레임(120)의 중간부에는 구동모터(300)를 지지하기 위한 제1 지지브라켓(121)이 상기 센터프레임(120)과 직교하는 방향으로 설치된다.
상기 제1 지지브라켓(121)은 상기 센터프레임(120)의 중간부에 센터프레임(120)과 직교하는 방향으로 배치되어 접합되는 연결부(121a)와, 상기 연결부(121a)의 전후방 상부에 복수개로 고정되되, 그 상부에 상기 구동모터(300)가 고정되는 판상의 모터고정부(121b)로 이루어진다.
또한, 상기 센터프레임(120)의 양측에는 감속기(500)를 지지하기 위한 제2 지지브라켓(122)이 각각 설치된다. 상기 제2 지지브라켓(122)은 한쪽에 각각 2개씩 총 4개가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 제2 지지브라켓(122)은 상기 센터프레임(120)의 외면에 센터프레임(120)과 직교하는 방향으로 배치되어 접합되며, 일단부에 감속기(500)를 지지하도록 지지대(122a)가 형성된다.
특히, 서로 반대방향으로 설치되는 감속기(500)의 배치 구조에 대응하여 일측에 위치한 제2 지지브라켓(122)의 지지대(122a)와 타측에 위치한 제2 지지브라켓(122′)의 지지대(122a′)는 서로 반대방향으로 형성된다.
상기 센터프레임(120)의 양측에는 스토퍼(미도시)를 지지하기 위한 제3 지지브라켓(124)이 각각 설치된다.
상기 제3 지지브라켓(124)은 상기 센터프레임(120)의 외면에 센터프레임(120)과 직교하는 방향으로 배치되어 접합되는 연결지지부(124a)와, 상기 연결지지부(124a)의 상부와 사이드프레임(110)의 중간 내측 사이에 연결되는 수평연장부(124b)와, 상기 수평연장부(124b)의 상부에 일정간격을 두고 이격 배치되는 복수의 수직연장부(124c) 및 상기 수직연장부(124c)의 상단에 수평방향으로 연장되는 판상의 스토퍼 고정부(124d)로 이루어진다.
상기 스토퍼는 상기 제3 지지브라켓(124)의 스토퍼 고정부(124d) 상부에 고정되어 철도차량 차체의 상승 시 대차의 유동에 따른 이상 상승을 방지하는 역할을 한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 대차프레임(100)의 상부에는 철도차량의 차체의 하중을 지지하는 스윙볼스터(700)가 설치된다.
상기 스윙볼스터(700)의 중간부에는 볼스터 베어링(740)이 설치되도록 안착부(710)가 함몰 형성된다. 상기 안착부(710)의 양측은 소정의 각도로 경사지게 형성된다.
상기 스윙볼스터(700)는 양측의 전방 또는 후방으로 연장되는 수평프레임(720)과, 상기 수평프레임(720)의 단부에서 수직으로 하향 절곡되는 수직프레임(730)을 포함하여 구성된다.
특히, 상기 수직프레임(730)의 단부는 상기 사이드프레임(110)의 외측에 수평방향으로 배치된 드로우바(180)의 일단과 연결된다.
따라서, 상기 스윙볼스터(700)는 대차프레임(100)과 스윙볼스터(700) 사이에 발생하는 전후방향 작용과 인장 및 압축하중을 지지하는 역할을 하게 된다.
상기 스윙볼스터(700)와 철도차량 차체의 사이에는 링 형상의 볼스터 베어링(740)이 구비된다.
상기 볼스터 베어링(740)은 철도차량의 차체와 스윙볼스터(700)를 연결하는 핵심 부품으로서, 상기 스윙볼스터(700)의 중간 상부에 설치되어 철도차량 차체를 회전 가능하게 지지한다.
이러한 볼스터 베어링(740)은 상기 스윙볼스터(700)의 상부에 고정 설치되는 링 형상의 고정체(741)와, 상기 고정체(741)의 외주 둘레에 회전 가능하게 결합되는 베어링체(742)로 구성된다. 또한, 상기 베어링체(742)의 둘레에는 철도차량의 차체에 체결부재를 이용하여 고정하도록 다수의 볼트공(742a)이 형성된다.
이처럼, 상기 볼스터 베어링(740)에 의해 철도차량 차체를 회전 가능하게 지지함으로써, 철도차량이 곡선 구간을 통과할 때 각 차체들의 회전 및 회동을 용이하게 하여 안정적인 주행이 가능하다.
상기 사이드프레임(110)의 하부 일측에는 차축(200)을 회전 가능하게 지지하는 액슬박스(130)가 설치된다.
상기 액슬박스(130)는 차축(200)의 양단부를 지지함과 동시에 회전 가능하도록 베어링이 내장된다.
상기 액슬박스(130)는 일련의 서프펜션 하부 지지대로서, 철도차량의 차체 및 대차의 하중을 차축(200)으로 전달하고, 차축(200)에서 대차프레임(100)으로 전달되는 트랙션, 제동 및 충격하중 등을 전달하는 기능을 하며, 차축(200)과 대차프레임(100) 사이의 횡방향 하중을 전달한다.
또한, 상기 사이드프레임(110)의 중간부와 스윙볼스터(700) 사이에는 철도차량의 차체로 전달되는 진동을 감쇠하는 복수의 코일스프링(140)이 설치된다.
상기 코일스프링(140)은 압축스프링으로 이루어져 있으며, 상기 코일스프링(140)의 경우, 철도차량의 차체로 전달되는 진동을 감쇠할 수 있도록 상기 사이드프레임(110)의 중간부와 스윙볼스터(700) 사이에 설치되게 되는데, 이때 바람직하게는 한쪽에 각각 2개씩 총 4개가 설치되게 된다.
상기 사이드프레임(110)과 액슬박스(130)의 사이에는 차륜(210)으로부터 전달된 진동을 감쇠하는 복수개의 코니컬 러버 스프링(150)이 설치된다.
이러한 코니컬 러버 스프링(150)은 복수의 고무층으로 이루어져 탄성력 및 탄성회복력을 보강하면서 자체적으로 탄성 변형된다.
상기 차축(200)은 한 쌍으로 이루어지며, 상기 대차프레임(100) 상에 일정간격을 두고 이격 설치되되 양측에 차륜(210)이 각각 구비된다. 상기 차축(200)의 양단부는 베어링이 내장된 액슬박스(130)에 회전 가능하게 지지된다.
상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700)의 사이에는 수직방향으로 배치되어 철도차량의 차체와 대차의 수직방향 움직임으로 인한 진동을 감쇠하는 한 쌍의 수직댐퍼(160)가 설치된다.
부연하면, 상기 수직댐퍼(160)의 상부는 스윙볼스터(700)의 수평프레임(720) 저면에 고정되어 지지되고, 수직댐퍼(160)의 하부는 사이드프레임(110)의 댐퍼브라켓(113)에 고정되어 지지된다.
또한, 상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700)의 사이에는 횡방향 움직임으로 인한 진동을 감쇠하는 한 쌍의 횡댐퍼(170)가 배치된다.
부연하면, 상기 횡댐퍼(170)의 일측은 사이드프레임(110)의 중간 내측에 연결되고, 횡댐퍼(170)의 타측은 스윙볼스터(700)의 저면에 형성된 브라켓(미도시)에 연결된다.
또한, 상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700)의 사이에는 수평방향으로 배치되어 전후방으로 흔들리는 차체의 진동을 감쇠하는 드로우바(180)가 설치된다.
부연하면, 상기 드로우바(180)의 일측은 상기 스윙볼스터(700)의 수직프레임(730)의 하단부와 연결되고, 드로우바(180)의 타측은 상기 사이드프레임(110)의 외측에 형성된 체결구(114)에 연결된다.
이상에서와 같이, 본 발명은 사이드프레임(110)과 액슬박스(130)의 사이에 설치된 코니컬 러버 스프링(150)의 탄성력에 의해 차륜(210)으로부터 전달된 진동이 1차적으로 감쇠된다.
그리고, 상기 코니컬 러버 스프링(150)을 통해 1차적으로 감쇠된 진동의 경우, 대차프레임(100)을 거쳐 스윙볼스터(700) 측으로 전달된다. 이때, 상기 사이드프레임(110)의 중간부와 스윙볼스터(700) 사이에 설치된 코일스프링(140)에 의해 진동이 2차적으로 감쇠된다.
다음으로, 상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700)의 사이에 설치된 수직댐퍼(160), 횡댐퍼(170) 및 드로우바(180)에 의해 진동이 3차적으로 감쇠됨으로써, 상하, 좌우 또는 전후방향으로 이동되는 철도차량의 차체의 유동성 및 대차프레임(100)을 통해 스윙볼스터(700)로 전달되는 진동을 감쇠시키게 된다.
아울러, 상기 횡댐퍼(170)의 설치로 인하여 철도차량과 대차 간의 회전반경에 따른 곡선추종성(Curving performance)을 향상시킴으로써 철도차량이 곡선 구간을 안정적으로 주행할 수 있도록 한다.
상기 구동모터(300)는 상기 센터프레임(120)의 중간부에 연결 지지되어 상기 배터리로부터 전원을 제공받아 구동된다.
부연하면, 상기 구동모터(300)는 복수개로 구성되되 상기 센터프레임(120)의 중간부에 연결된 제1 지지브라켓(121)의 전방 및 후방에 각각 고정되어 지지된다.
상기 구동모터(300)는 동력원인 배터리의 전원으로 모터드라이브에서 제어된 전기에 의해서 구동되며, 커플링(400)에 연결되어 동력을 전달한다.
일반적으로 모터가 고속으로 회전되는 과정에서 회전자 및 코일 주변에는 고온이 열이 발생하게 되며, 이로 인해 모터하우징 내부의 공기 및 모터부품들이 과도하게 가열되어 모터 효율 및 부품들의 손상되는 것을 방지하기 위한 냉각구조가 요구된다.
이에 따라, 본 발명의 구동모터(300)는 모터하우징 외측에 냉각유체가 유동할 수 있도록 냉각유로가 형성된 수냉식 모터로 구성되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 구동모터(300)가 수냉식 모터로 구성됨에 따라 소형화를 도모할 수 있어 협소한 대차 공간에서 설치를 용이하게 하고, 냉각효율을 높여 모터의 성능을 향상시킨다.
상기 커플링(400)은 상기 구동모터(300)의 구동축에 연결되어 구동모터(300)에 의한 동력을 감속기(500)로 전달한다.
배터리의 충전 전원으로 구동되는 철도차량은 구동모터의 회전력을 감속기를 거쳐 차륜에 전달함으로써 주행이 이루어지게 된다. 이때, 철도차량의 운전 시 구동모터의 회전력이 감속기에 직접 전달될 경우 감속기를 구성하는 기어류에 충격이 가해져 파손이 발생할 수 있고, 또한 철도차량의 주행 중 차륜으로부터 차축을 통해 구동모터 쪽으로 진동 및 충격이 전달되어 구동모터를 손상시킬 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명은 구동모터(300)와 감속기(500) 사이에 진동 및 충격을 흡수하기 위한 커플링(400)이 각 구동모터(300)의 구동축에 각각 연결되는 것이다.
상기 감속기(500)는 상기 차축(200)에 설치되어 상기 구동모터(300)의 회전속도를 감속한다.
상기 감속기(500)는 복수개로 구성되되 상기 센터프레임(120)의 양측에 각각 설치된 제2 지지브라켓(122)에 각각 고정되어 지지된다.
이러한 감속기(500)는 커플링(400)을 통해 전달된 구동모터(300)의 동력을 받아 적용된 감속비의 비율만큼 전달 토크를 증가시켜 각 차축(200)에 전달한다. 특히, 상기 감속기(500)는 동력 전달 효율 및 작동 안정성 향상을 위해 선기어, 링기어, 유성기어 등으로 감속 후 동력전달이 이루어지는 유성기어 감속기가 사용되는 것이 바람직하다.
한편, 종래 대차의 제동을 위해서는 차축에 복수개의 디스크가 설치될 뿐만 아니라 패드, 빔, 레버 등의 설치로 인하여 대차 구조가 복잡해지고, 디스크 문제 시 디스크 주변 부품들을 모두 분해해야 하는 어려움이 있어 작업시간이 오래 걸리고, 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 제동장치(600)는 상기 감속기(500)에 일체로 연결되는 구조로 이루어져 제동력을 발휘하며, 복수개로 구성된다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제동장치(600)는 브레이크 디스크(610), 캘리퍼(620) 및 브레이크 실린더(630)를 포함하여 구성된다.
상기 브레이크 디스크(610)는 상기 감속기(500)의 일측에 설치된 허브(미도시)에 회전 가능하게 결합된다.
상기 캘리퍼(620)는 상기 브레이크 디스크(610)의 양쪽에 걸쳐 브레이크 패드(미도시)를 지지한다. 상기 캘리퍼(620)의 일측에는 브레이크 실린더(630)가 연결된다.
상기 브레이크 실린더(630)는 공압 또는 유압에 의해 작동되어 브레이크 패드를 밀어 브레이크 디스크(610)를 압박한다. 즉, 상기 브레이크 실린더(630)에는 브레이크 패드를 밀어 브레이크 디스크(610)를 압박하도록 피스톤(미도시)이 설치된다.
이러한 제동장치(600)는 운전자의 조작으로 작동되며, 브레이크 패드가 브레이크 디스크(610)를 공압 또는 유압으로 밀착시켜 대차가 감속되거나 정지되도록 한다.
특히, 상기 제동장치(600)를 감속기(500)에 일체화시킴으로써 대차프레임(100) 상에 제동장치를 장착하기 위한 별도의 공간이 필요하지 않고, 대차의 무게를 줄이는 한편 제동장치 관련 부속품의 교체 및 유지관리를 용이하게 하는 장점이 있다.
한편, 도 8은 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 부수대차의 구조를 나타낸 것이다.
보통 철도차량은 주행을 위한 직접적인 구동력을 발생시키는 동력대차와, 동력대차에 대해 기구적으로 연결되어 동력대차의 견인력에 의해 종속적인 진행만을 가능하게 하는 부수대차로 이루어지며, 전술한 도 1 내지 도 7에 도시된 대차는 동력대차에 관한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차의 부수대차는 전술한 동력대차의 구성요소에서 구동모터(300)와 커플링(400)을 제외한 나머지 구성요소인 대차프레임(100), 차축(200), 감속기(500), 제동장치(600) 및 스윙볼스터(700)를 포함하여 구성된다. 특히, 상기 감속기(500)는 단일 개수로 구성되어 상기 한 쌍의 차축(200) 중 어느 하나의 차축에 설치되고, 마찬가지로 상기 제동장치(600)도 단일 개수로 구성되어 상기 감속기(500)에 일체로 연결되어 제동력을 발휘한다.
따라서, 본 발명에 따른 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차의 부수대차는 동력대차에 적용된 구동모터(300)와 커플링(400)의 설치가 생략되고, 감속기(500)와 제동장치(600)가 단일 개수로 구성되는 점에서 차이가 있지만, 상기 대차프레임(100), 차축(200), 스윙볼스터(700) 등의 구성 및 이들의 구체적인 동작은 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.
100 : 대차프레임 110 : 사이드프레임
111 : 홈부 112 : 제한가이드
113 : 댐퍼브라켓 113a : 댐퍼지지부
113b : 돌출부 114 : 체결구
120 : 센터프레임 121 : 제1 지지브라켓
121a : 연결부 121b : 모터고정부
122 : 제2 지지브라켓 122a : 지지대
123 : 고정브라켓 124 : 제3 지지브라켓
124a : 연결지지부 124b : 수평연장부
124c : 수직연장부 124d : 스토퍼 고정부
130 : 액슬박스 140 : 코일스프링
150 : 코니컬 러버 스프링 160 : 수직댐퍼
170 : 횡댐퍼 180 : 드로우바
200 : 차축 210 : 차륜
300 : 구동모터 400 : 커플링
500 : 감속기 600 : 제동장치
610 : 브레이크 디스크 620 : 캘리퍼
630 : 브레이크 실린더 700 : 스윙볼스터
710 : 안착부 720 : 수평프레임
730 : 수직프레임 740 : 볼스터 베어링
741 : 고정체 742 : 베어링체
742a : 볼트공

Claims (7)

  1. 배터리의 충전 전원으로 구동되는 철도차량에 적용되는 대차에 있어서,
    대차의 진행방향으로 배치되는 복수개의 사이드프레임(110)과 상기 사이드프레임(110)들 사이에 사이드프레임(110)과 직교하는 방향으로 연결되는 복수개의 센터프레임(120)으로 이루어지는 대차프레임(100);
    상기 대차프레임(100) 상에 일정간격을 두고 이격 설치되되 양측에 차륜(210)이 각각 구비되는 한 쌍의 차축(200);
    상기 대차프레임(100)의 상부에 설치되어 철도차량의 차체의 하중을 지지하는 스윙볼스터(700);
    철도차량의 차체와 스윙볼스터(700) 사이에 구비되는 링 형상의 볼스터 베어링(740);
    상기 센터프레임(120)의 중간부에 연결 지지되어 상기 배터리로부터 전원을 제공받아 구동되는 구동모터(300);
    상기 구동모터(300)의 구동축에 연결되어 구동모터(300)에 의한 동력을 감속기(500)로 전달하는 커플링(400);
    상기 차축(200)에 설치되어 상기 구동모터(300)의 회전속도를 감속하는 감속기(500); 및
    상기 감속기(500)에 일체로 연결되어 제동력을 발휘하는 제동장치(600);를 포함하며,
    상기 제동장치(600)는, 상기 감속기(500)의 일측에 설치된 허브에 회전 가능하게 결합되는 브레이크 디스크(610);
    상기 브레이크 디스크(610)의 양쪽에 걸쳐 브레이크 패드를 지지하는 캘리퍼(620); 및
    상기 캘리퍼(620)의 일측에 연결되며, 공압 또는 유압에 의해 작동되어 브레이크 패드를 밀어 브레이크 디스크(610)를 압박하는 피스톤이 구비된 브레이크 실린더(630);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 차축(200) 중 어느 하나의 차축에 설치되는 감속기(500);
    상기 감속기(500)에 일체로 연결되어 제동력을 발휘하는 제동장치(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 사이드프레임(110)의 하부 일측에 설치되어 차축(200)을 회전 가능하게 지지하는 액슬박스(130); 상기 사이드프레임(110)의 중간부와 스윙볼스터(700) 사이에 설치되어 철도차량의 차체로 전달되는 진동을 감쇠하는 복수의 코일스프링(140); 및
    상기 사이드프레임(110)과 액슬박스(130) 사이에 설치되어 차륜(210)으로부터 전달된 진동을 감쇠하는 복수개의 코니컬 러버 스프링(150);을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700) 사이에 수직방향으로 배치되어 철도차량의 차체와 대차의 수직방향 움직임으로 인한 진동을 감쇠하는 한 쌍의 수직댐퍼(160)를 포함하고,
    상기 사이드프레임(110)의 외측에는 수직댐퍼(160)의 하부를 지지하도록 댐퍼브라켓(113)이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700) 사이에 배치되어 횡방향 움직임으로 인한 진동을 감쇠하는 한 쌍의 횡댐퍼(170)를 포함하고,
    상기 사이드프레임(110)과 스윙볼스터(700) 사이에 수평방향으로 배치되어 전후방으로 흔들리는 차체의 진동을 감쇠하는 드로우바(180)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리에 의해 구동되는 철도차량용 대차.
  7. 삭제
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