KR20130059549A - 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열차가 주행시에 틸팅 대차 프레임과 틸팅 볼스터 사이에 발생하는 마찰력을 제거함으로써, 틸팅 대차의 유지보수 수명주기를 증가시키는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 틸팅 대차 프레임과 틸팅 볼스터로 이루어지는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 있어서, 상기 틸팅 볼스터의 측면에 완충기가 구비되고, 상기 틸팅 대차 프레임의 내측면에는 상기 완충기에 대응되는 위치에 완충면이 형성되되되, 상기 완충면은 전자석으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

자기 베어링을 이용한 틸팅 장치{tilting apparatus with magnetic bearing}
본 발명은 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열차가 주행시에 틸팅 대차 프레임과 틸팅 볼스터 사이에 발생하는 마찰력을 제거함으로써, 틸팅 대차의 유지보수 수명주기를 증가시키는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로 틸팅 장치(차체 경사장치)는 곡선부 주행시 차체를 곡선의 안쪽으로 기울어지게 하는 기술로서, 곡선부를 주행할 때 발생하는 원심가속도의 횡방향 성분을 중력가속도의 횡방향 성분으로 감쇄시켜 결과적으로 승객이 느끼는 횡가속도를 저감시키는 기술이다.
이러한 차체 경사(틸팅) 기술을 철도 차량에 적용하면 승차감의 향상뿐만 아니라 곡선부 통과속도를 증가시킬 수 있게 되므로 운행시간이 단축되며, 곡선부 통과시의 가,감속 빈도도 줄어들어 그 만큼의 에너지 소비도 줄일 수 있게 된다.
또한, 이러한 틸팅 장치를 사용하게 됨으로써, 차량이 곡선부를 주행할 때, 곡선의 곡률에 따라 다르지만 약 30%정도의 속도 향상을 가능하게 한다.
이러한 틸팅 장치의 일 예로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 한국공개특허 제10-2003-0054573호의 기술이 있는데, 그 기술적 특징은 차체와 2차현가장치와 볼스터와 대차프레임과 1차현가장치와 차륜 및 차축세트가 순차적으로 적층형성되는 철도차량의 대차장치에 있어서, 상기 대차프레임(5)으로는 복수개 제1링크결합구(52)와 제1체결구(부호 미도시)가 형성되는 중앙설치부를 두고, 상기 볼스터(6)에는 상기 제1링크결합구(52)와 대응되는 위치에 형성되는 제2링크결합구(61)와 상기 제1체결구와 대응되는 위치에 복수개로 형성되는 제2체결구(63)와 한조의 설치구를 형성하되, 양 끝단으로 링크결합공(81,81')을 갖는 경사링크를 형성하여 상기 제1,2링크결합구(52,61)를 통해 각각 힌지결합하고, 상기 제1,2체결구로는 경사구동장치를 결합하여, 곡선궤도의 열차진입시 별도의 제어시스템을 통한 경사구동장치의 작동으로 차체가 결합된 볼스터(6)가 곡선내측으로 경사지도록 하는 것을 특징으로 한다.
그런데, 한국공개특허 제10-2003-0054573호에 기재된 기술은 차체를 틸팅하도록 형성하여 열차가 곡선로를 주행할 때, 차체를 적절한 각도로 기울어지도록 함으로써, 보다 안정적으로 곡선로를 주행할 수 있게 하는 장점은 있으나, 틸팅 대차 프레임과 틸팅 볼스터 사이에 작용하는 마찰력에 의해 대차와 볼스터의 유지보수 수명주기를 단축시키는 문제점이 있다.
즉, 상기 틸팅 대차 프레임과 볼스터 사이에 구비되는 링크 구성의 안정적인 틸팅작용을 위하여 일정거리 이격되도록 형성하게 되는데, 이러한 이격 거리를 일정하게 유지하기 위하여 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 틸팅 볼스터에는 접촉 완충기가 형성되고, 틸팅 대차 프레임에는 상기 접촉 완충기가 접하는 완충기 접촉면이 형성된다.
그래서, 열차가 곡선로를 주행시에 안정적인 주행을 위하여 틸팅 작용을 할 때, 틸팅 대차 프레임과 볼스터 사이에 설치되는 링크 구조가 손상되는 것을 방지하여 안정적을 작동할 수 있게 하지만 , 상기 접촉 완충기와 접촉면 사이에는 마찰이 발생하게 됨으로써, 대차의 유지보수 수명주기를 단축시키게 되며, 틸팅 작용시에 부하로 작용하여 틸팅 제어의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 틸팅 대차 프레임의 내측면에 전자석으로 이루어지는 완충면을 형성하고, 틸팅 볼스터에는 상기 완충면에 대응되는 타깃 플레이트가 구비된 완충기를 형성함으로써, 자력에 의해 틸팅 볼스터와 틸팅 대차 프레임간의 간격을 유지하도록 하여 틸팅시의 마찰력을 제거하게 되어 대차의 유지보수 수명주기를 증가시킬 수 있는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 틸팅 대차 프레임에 설치된 완충면에 간격 제어부를 전기적으로 연결함으로써, 틸팅 볼스터에 설치된 타깃 플레이트 사이의 이격거리를 적절하게 유지하도록 하여, 안정적으로 열차의 틸팅을 제어할 수 있게 하는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
틸팅 대차 프레임과 틸팅 볼스터로 이루어지는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 있어서, 상기 틸팅 볼스터의 양측면에 완충기가 구비되고, 상기 틸팅 대차 프레임의 내측면에는 상기 완충기에 대응되는 위치에 완충면이 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 완충면은 전자석으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 완충기의 단부에는 타깃 플레이트가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 타깃 플레이트는 영구자석으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 완충면에는 간격 제어부가 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 간격 제어부는 타깃 플레이트와 완충면 사이의 이격을 감지하는 간격센서와, 상기 간격센서에서 측정한 수치에 의해 완충면을 형성하는 전자석의 자력의 세기를 조절하는 전자석 힘 제어기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 간격 제어부에는 전자석 힘 제어기에서 발생되는 신호를 증폭시키는 신호증폭기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 틸팅 대차 프레임의 내측면에 전자석으로 이루어지는 완충면을 형성하고, 틸팅 볼스터에는 상기 완충면에 대응되는 타깃 플레이트가 구비된 완충기를 형성함으로써, 자력에 의해 틸팅 볼스터와 틸팅 대차 프레임간의 간격을 유지하도록 하여 틸팅시의 마찰력을 제거하게 되어 대차와 볼스터의 유지보수 수명주기를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 틸팅 대차 프레임에 설치된 완충면에 간격 제어부를 전기적으로 연결함으로써, 틸팅 볼스터에 설치된 타깃 플레이트 사이의 이격거리를 적절하게 유지하도록 하여, 안정적으로 열차의 틸팅을 제어할 수 있게 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 틸팅 대차 프레임의 개념도이다.
도 2는 종래의 틸팅 대차 프레임의 종단면도이다.
도 3은 일반적인 틸팅 대차 프레임 프레임의 사시도이다.
도 4는 일반적인 틸팅 대차 프레임에 설치되는 틸팅 볼스터의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치의 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치의 간격 제어부의 블록도이다.
도 7은 일반적인 틸팅 대차 프레임의 틸팅 대차 프레임 프레임과 틸팅 볼스터가 결합된 상태의 사시도이다.
도 8은 일반적인 틸팅 대차 프레임의 틸팅 대차 프레임 프레임에 엑츄에이터가 설치된 상태의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 3은 일반적인 틸팅 대차 프레임의 사시도이고, 도 4는 일반적인 틸팅 대차 프레임에 설치되는 틸팅 볼스터의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치의 개념도이고, 도 6은 본 발명에 따른 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치의 간격 제어부의 블록도이고, 도 7은 일반적인 틸팅 대차 프레임의 틸팅 대차 프레임 프레임과 틸팅 볼스터가 결합된 상태의 사시도이고, 도 8은 일반적인 틸팅 대차 프레임의 틸팅 대차 프레임 프레임에 엑츄에이터가 설치된 상태의 사시도이다.
본 발명은 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 관한 것으로 우선 일반적인 철도차량의 틸팅 장치를 살펴보면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 철도차량의 차체의 하부에는 틸팅 대차가 차체를 지지하게되는데, 틸팅 대차에 구비되는 틸팅 대차 프레임(100)와 상기 틸팅 대차 프레임(100)에 설치되어 틸팅되는 틸팅 볼스터(200)로 이루어진다.
여기서, 상기 틸팅 대차 프레임(100)의 중심부에는 볼스터 설치부(105)가 형성되어 상기 틸팅 볼스터(200)가 설치되는데, 상기 볼스터 설치부(105)의 양측 상부에는 제1연결부(110)가 형성된다.
그리고, 상기 틸팅 볼스터(200)의 하부 양측면에는 제2연결부(210)가 형성되는데, 상기 제2연결부(210)에는 링크암(300)의 일측 단부가 제2힌지축(320)을 사용하여 힌지결합되고, 상기 제1연결부(110)에는 상기 링크암(300)의 타측 단부가 제1힌지축(310)을 사용하여 힌지결합되어, 상기 틸팅 볼스터(200)가 용이하게 틸팅되게 된다.
이때, 상기 틸팅 대차 프레임(100)에는 틸팅 엑츄에이터(350)가 구비되어 차량이 곡선로를 주행할 때, 곡선로의 곡률반경과 차량의 주행속도를 감지하여, 차량에 구비된 제어부(미도시)에서 상기 틸팅 엑츄에이터(350)를 제어하여 적절한 각도로 틸팅 볼스터(200)의 틸팅 각도를 조절하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 그 구성은 철도차량의 차체의 하부에 구비되는 틸팅 대차 프레임(100)와 상기 틸팅 대차 프레임(100)에 설치되어 틸팅되는 틸팅 볼스터(200)와 상기 틸팅 볼스터(200)의 양측면에 형성되는 완충기(230)와 상기 틸팅 대차 프레임(100)의 내측면에 형성되는 완충면(130)으로 이루어진다.
여기서, 상기 틸팅 볼스터(200)와 틸팅 대차 프레임(100)의 연결 구성은 전술한 일반적인 틸팅 장치의 구성과 동일하게 형성되어, 차량이 곡선로를 주행할 경우에는 곡선반경과 주행 속도를 감지하여 틸팅 엑츄에이터(350)의 제어에 의해 적절한 각도로 차량을 틸팅시키게 된다.
그리고, 상기 틸팅 대차 프레임(100)의 내측면에 형성되는 완충면(130)은 상기 틸팅 볼스터(200)의 양측면에 설치되는 완충기(230)가 틸팅 작용시에 움직이는 궤적에 대응되도록 형성되게 되는데, 상기 완충면(130)은 전자석으로 이루어지게 된다.
이때, 상기 틸팅 볼스터(200)의 양측면에 형성되는 완충기(230)의 단부에는 타깃 플레이트(235)가 형성되는데, 상기 타깃 플레이트(235)는 영구자석으로 이루어지게 된다.
그래서, 상기 전자석으로 이루어지는 완충면(130)이 영구자석으로 이루어지는 타깃 플레이트(235)는 마주보는 면이 서로 동일한 극성을 띄도록 하여, 서로 반발되도록 함으로써, 틸팅 볼스터(200)와 틸팅 대차 프레임(100)는 일정한 이격 거리를 유지하게 된다.
따라서, 상기 틸팅 볼스터(200)와 틸팅 대차 프레임(100)을 연결하는 링크암(300)이 용이하게 작동할 수 있을 뿐만 아니라, 틸팅 볼스터(200)와 틸팅 대차 프레임(100) 사이의 마찰력을 제거하여 줌으로써, 보다 용이하게 틸팅 제어를 할 수 있을 뿐만 아니라, 유지보수 수명주기를 증가시키게 되어, 유지비용을 줄여주게 된다.
즉, 종래에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 틸팅 볼스터(200)의 양측에 형성된 접촉 완충기(220)와 틸팅 대차 프레임(100)의 내측면에 형성되는 접촉면(120)이 서로 접하도록 하여 틸팅 볼스터(200)와 틸팅 대차 프레임(100)의 간격을 유지하게 함으로서, 접촉 완충기(220)와 접촉면(120) 사이에 발생되는 마찰력에 의해 틸팅 제어가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 유지보수 수명주기가 줄어들게 되어 유지비용을 증가시키는데 반해, 본 발명에서는 상기 접촉면(120)과 접촉 완충기(220) 대신에 전자석으로 이루어지는 타깃 플레이트(235)가 구비된 완충기(230)와 전자석으로 이루어지는 완충면(130)을 형성함으로써, 직접적인 접촉이 없이 자기적 반발력에 의해 이격 거리를 유지하도록 하여 마찰을 제거하게 된다.
한편, 상기 완충면(130)에는 간격 제어부(400)가 전기적으로 연결되는데, 상기 간격 제어부(400)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 타깃 플레이트(235)와 완충면(130) 사이의 이격 거리(H)를 감지하는 간격센서(410)와 상기 간격센서(410)에서 측정한 수치에 의해 완충면(135)을 형성하는 전자석의 자력의 세기를 조절하는 전자석 힘 제어기(420)로 이루어진다.
여기서, 상기 전자석 힘 제어기(420)는 상기 간격센서(410)에서 감지한 이격 거리(H)가 정정 이격거리보다 가깝게 측정될 경우 전자석의 자력을 증가시켜 완충면(130)과 타깃 플레이트(235) 사이의 반발력을 증가시켜 이격거리(H)를 증가시키게 되고, 상기 간격센서(410)에서 감지한 이격 거리(H)가 정정 이격거리보다 멀게 측정된 경우에는 전자석의 자력을 감소시켜 완충면(130)과 타깃 플레이트(235) 사이의 반발력을 경감시켜 이격거리(H)를 줄여줌으로써, 타깃 플레이트(235)와 완충면(130) 사이의 이격거리(H)를 일정하게 유지시키게 된다.
물론, 상기 틸팅 대차 프레임(100)에는 다수개의 완충면(130)이 형성되므로, 상기 각각의 완충면(130)에는 각각의 간격 제어부(400)를 구비하여 완충면(130)의 자력을 제어하거나, 하나의 간격 제어부(400)에서 다수의 완충면(130)의 자력을 각각 제어할 수 있다.
또한, 상기 간격 제어부(400)에는 신호증폭기(430)가 더 구비되는데, 상기 신호증폭기(430)는 전자석 힘 제어기(420)에서 발생되는 신호를 증폭시켜 줌으로써, 보다 용이하게 완충면(130)을 형성하는 전자석의 자력을 제어할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열차가 주행시에 틸팅 대차 프레임과 틸팅 볼스터 사이에 발생하는 마찰력을 제거함으로써, 틸팅 대차의 유지보수 수명주기를 증가시키는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 관한 것이다.
100 : 틸팅 대차 프레임 105 : 볼스터 설치부
110 : 제1연결부 120 : 완충기 접촉면
130 : 완충면 200 : 틸팅 볼스터
210 : 제2연결부 220 : 접촉 완충기
230 : 완충기 235 : 타깃 플레이트
300 : 링크암 310 : 제1힌지축
320 : 제2힌지축 350 : 틸팅 엑츄에이터
400 : 간격 제어부 410 : 간격센서
420 : 전자석 힘 제어기 430 : 신호증폭기

Claims (7)

  1. 틸팅 대차 프레임과 틸팅 볼스터로 이루어지는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치에 있어서,
    상기 틸팅 볼스터의 양측면에 완충기가 구비되고,
    상기 틸팅 대차 프레임의 내측면에는 상기 완충기에 대응되는 위치에 완충면이 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충면은 전자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 완충기의 단부에는 타깃 플레이트가 구비되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 타깃 플레이트는 영구자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 완충면에는 간격 제어부가 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 간격 제어부는 타깃 플레이트와 완충면 사이의 이격을 감지하는 간격센서와,
    상기 간격센서에서 측정한 수치에 의해 완충면을 형성하는 전자석의 자력의 세기를 조절하는 전자석 힘 제어기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 간격 제어부에는 전자석 힘 제어기에서 발생되는 신호를 증폭시키는 신호증폭기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링을 이용한 틸팅 장치.
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