KR20150069990A - 전자기력 및 영구자석을 이용한 전자기 제동 실린더 - Google Patents

Abstract

전자기 제동 실린더는 실린더부, 피스톤부 및 전자기력 발생부를 포함한다.
상기 실린더부는 서로 마주하며 제1 수납공간을 형성하는 제1 및 제2 면들, 및 상기 제2 면으로부터 상기 제2 면과 수직으로 연장되어 제2 수납공간을 형성하는 연장부를 포함한다. 상기 피스톤부는 상기 제1 및 제2 수납공간들의 내부에 수납되며, 상기 연장부를 따라 왕복으로 이동된다. 상기 전자기력 발생부는 상기 실린더부에 고정된 제1 및 제2 전자기력부들과 상기 피스톤부에 고정된 제3 및 제4 전자기력부들을 포함하며, 전자기력의 인가에 따라 상기 피스톤부를 이동시킨다.

Description

전자기력 및 영구자석을 이용한 전자기 제동 실린더{ELECTROMAGNETIC BRAKING CYLINDER USING THE ELECTROMAGNETIC FORCE AND PERMANENT MAGNETS}

본 발명은 전자기 제동 실린더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기력과 영구자석을 이용하여 제동을 수행하는 전자기 제동 실린더에 관한 것이다.

종래의 철도차량이나 대형차량 등에 사용되는 제동 실린더(braking cylinder)는 공압이나 유압을 이용한 공압 실린더 또는 유압 실린더로, 공압이나 유압을 제동이 필요한 압력면에 제공하여 제동을 수행하는 구조로 구성된다.

그러나, 상기 공압이나 유압 실린더의 경우, 공압이나 유압을 발생시키기 위한 별도의 장치들이 필요하며, 특히 공압이나 유압을 순환시켜 제동부로 공급하기 위한 배관, 연결라인 등이 필수적이다. 이에 따라, 제동 실린더에서 상기 공압이나 유압 연결 배관의 설계를 최적화하기 위한 노력이 필요하며, 제동 실린더 및 관련 장치들이 차지하는 공간이 증가하여 전체적인 제동부의 부피가 증가하는 문제가 발생한다.

예를 들어, 대한민국 특허출원 제10-1998-0062256호 또는 제10-2001-0030858호 등에서는 유압을 이용한 제동 실린더의 구조에 대하여 개시하고 있으나, 구조가 복잡하여 설계가 용이하지 않으며, 작동유의 누유와 화재시 진화에 어려움이 있는 등의 많은 문제가 있다.

이에 따라, 최근에는 유압이나 공압을 대체하여 제동 실린더를 구성하기 위한 기술이 개발되고 있으며, 이에 대한 기술 개발의 필요성은 증가하고 있는 상황이다.

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 차량의 경량화 및 단순화, 설계의 용이성이 향상되는 전자기 제동 실린더에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 전자기 제동 실린더는 실린더부, 피스톤부 및 전자기력 발생부를 포함한다. 상기 실린더부는 서로 마주하며 제1 수납공간을 형성하는 제1 및 제2 면들과, 상기 제2 면으로부터 상기 제2 면과 수직으로 연장되어 제2 수납공간을 형성하는 연장부를 포함한다. 상기 피스톤부는 상기 제1 및 제2 수납공간들의 내부에 수납되며, 상기 연장부를 따라 왕복으로 이동된다. 상기 전자기력 발생부는 상기 실린더부의 좌우에 각각 고정되는 제1 및 제2 전자기력부들과, 상기 피스톤부의 바닥부 좌우에 각각 고정되는 제3 및 제4 전자기력부들을 포함하며, 전자기력의 인가에 따라 상기 피스톤부를 이동시킨다.

일 실시예에서, 상기 피스톤부는, 상기 제1 수납공간에 수납되어 상기 제1 수납공간을 제1 서브 수납공간과 제2 서브 수납공간으로 분리하며, 상기 제1 및 제2 면들과 평행하게 연장되는 바닥부와, 상기 제2 서브 수납공간 및 상기 제2 수납공간에 수납되며 상기 연장부와 평행하게 연장되는 축부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 전자기력부는 상기 제1 면에 고정되고, 상기 제2 전자기력부는 상기 제2 면에 고정되며, 상기 제3 및 제4 전자기력부는 상기 피스톤부의 바닥부 좌우 양쪽 면에 고정되어, 상기 제1 및 제3 전자기력부들은 상기 제1 서브 수납공간에서 서로 마주하며, 상기 제2 및 제4 전자기력부들은 상기 제2 서브 수납공간에서 서로 마주하며 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 바닥부와 상기 제2 면 사이의 상기 제2 서브 수납공간에는 고정된 탄성부재를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 전자기력부들과 제3 및 제4 전자기력부들 중 어느 하나나 둘은 영구자석으로 대체할 수 있으며, 나머지는 전자석 또는 하이브리드 전자석일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전자기력 발생부에 인가되는 전류 또는 전압을 가변하여 상기 전자기력 발생부의 전자기력의 세기를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전자기력 발생부에 연결되어 상기 전자기력 발생부에서 발생되는 열을 방열하는 방열부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피스톤부와 연결되어 작용부에 압력을 인가하여 상기 작용부를 제동하는 제동유닛을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 전자기력 발생부의 제1 및 제2 전자기력부와 제3 및 제4 전자기력부가 실린더부와 피스톤부에 각각 고정된 상태에서, 전자기력이 인가되면 전자기력부들 사이에 인력 및 척력이 발생하여 상기 피스톤부와 실린더부가 상대적으로 이동이 가능하다. 이에 따라, 상기 피스톤부에 연결된 제동유닛 등을 통해 작용부에 소정의 압력을 인가할 수 있다.

특히, 압력 인가를 위한 공압 또는 유압 배관 등을 생략할 수 있어, 제동 실린더를 상대적으로 단순하게 설계할 수 있고, 경량화 및 소형화 설계가 가능하다.

한편, 상기 제1 및 제2 전자기력부들이나 제3 및 제4 전자기력부들 중 어느 하나나 둘을 영구자석으로 구성하여, 다른 나머지 전자기력부들에 전류 또는 전압을 인가하면 인력이나 척력의 전자기력이 발생하므로, 상대적으로 제어가 더욱 용이해 지며, 전류 또는 전압의 인가에 따른 발열을 줄일 수 있고, 전류 또는 전압 인가를 위한 부속 장치들의 구조를 단순화할 수 있다.

또한, 상기 전자기력 발생부에 인가되는 전류 및 전압을 가변 제어하여 상기 작용부에 인가되는 압력의 크기 및 인가 시간 등을 제어할 수 있어, 용이한 제어가 가능하다.

또한, 상기 제1 및 제3 전자기력부들의 척력과 제2 및 제4 전자기력부들의 인력에 의해 상기 피스톤부가 상기 실린더부의 외부로 이동하여 작용부에 압력을 인가하고, 다시 제1 및 제2 전자기력부들이나 제3 및 제4 전자기력부들의 전류 흐름을 바꾸어 인력과 척력에 의해 상기 피스톤부가 상기 실린더의 내부로 다시 이동하여 압력을 해제하므로, 상기 작용부에 제동력 등의 힘을 용이하게 인가할 수 있다.

이와 달리, 상기 인력과 척력의 전류나 전압을 인가하는 대신, 탄성부재의 회복력에 의해 상기 작용부에 인가되는 압력을 해제할 수도 있어, 단순한 구조로 상기 작용부에 제동력 등의 힘을 인가할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 전자기력부들 중 영구자석 외의 다른 전자기력부에는 일반 전자석 외에 하이브리드 전자석을 다양하게 적용할 수 있어, 설계의 필요에 따른 다양성을 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 전자기력 발생부에 연결된 방열부를 통해 전류나 전압의 인가에 따라 발생되는 열을 효과적으로 방열할 수 있어, 내구성 및 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자기 제동시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 전자기 제동실린더를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 전자기 제동실린더가 전자기력에 따라 동작되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전자기 제동실린더를 도시한 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 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 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자기 제동시스템을 도시한 블록도이다. 도 2는 전자기 제동실린더를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 전자기 제동시스템(10)은 제어부(100), 실린더부(200), 전자기력 발생부(300), 방열부(350), 피스톤부(400) 및 제동유닛(500)을 포함한다.

본 실시예에서는 상기 전자기력 발생부(300)에서 발생된 전자기력에 의해 상기 피스톤부(400)가 이동하게 되는데, 상기 제어부(100)는 상기 전자기력 발생부(300)에서 발생되는 전자기력의 세기와 전자기력 인가 시간 등을 제어한다.

즉, 상기 제어부(100)는 외부 신호를 바탕으로, 상기 전자기력 발생부(300)에서 전자기력이 발생되기 위한 전류 또는 전압의 크기를 가변하거나, 상기 전류 또는 전압의 인가 시간을 제어하여, 상기 피스톤부(400)에 의해 인가되는 최종 압력의 크기 및 인가 시간을 조절한다.

상기 전자기력 발생부(300)는 후술하겠으나 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)과 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340)을 포함하는데, 본 실시예에서는 상기 제3 및 제4 전자기력부들(310, 320)이 영구자석으로 구성된다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)에만 전류 또는 전압의 인가가 필요하며, 상기 전자기력 발생부(300)에서는 상기 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)에 인가되는 전류 또는 전압의 크기를 가변하거나, 상기 전류 또는 전압의 인가 시간을 제어할 수 있다.

상기 전자기력 발생부(300)는 상기 제어부(100)로부터 인가받은 전류 또는 전압에 관한 신호를 바탕으로 전자기력을 발생하여 상기 피스톤부(400)를 상기 실린더부(200)에 대하여 상대적으로 이동시킨다. 이 경우, 상기 피스톤부(400)의 이동방향은 전자기력의 발생 방향 및 상기 전자기력 발생부(300)의 종류에 따라 가변적이며, 왕복 이동이 가능하도록 전자기력을 발생시킬 수도 있다.

한편, 상기 전자기력 발생부(300)에 전류 또는 전압이 인가되어 전자기력이 발생하는 경우, 상기 전자기력 발생부(300)의 온도가 상승하게 되며, 이에 따라, 상기 전자기력 발생부(300)의 오동작이 발생하거나 내구성이 감소할 수 있다.

그리하여, 본 실시예에 의한 전자기 제동 실린더(20)는 방열부(350)를 포함하며, 상기 방열부(350)는 상기 전자기력 발생부(300)에 인접하게 배치되거나 상기 전자기력 발생부(300)에 직접 접촉하도록 배치되어, 상기 전자기력 발생부(300)에서 발생하는 열을 외부로 방열한다.

이미 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 전자기력 발생부(300)의 상기 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340)이 영구자석으로 구성되므로, 영구자석이 아닌 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)에서 전류나 전압의 인가에 따른 발열이 증가할 수 있다. 따라서, 상기 방열부(350)는 상기 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)에 인접하게 배치되거나 직접 접촉하도록 배치되어 방열을 수행할 수 있다.

상기 피스톤부(400)는 상기 전자기력 발생부(300)에서 발생되는 전자기력에 의해 상기 실린더부(200)에 대하여 상대적으로 이동하여 필요한 외부로 압력을 인가하고, 이에 따라 필요한 동작이 수행될 수 있다.

이 경우, 상기 피스톤부(400)의 이동에 따라 제동 동작이 수행될 수 있으며, 이를 위해 본 실시예에 의한 전자기 제동 시스템(10)은 상기 제동유닛(500)을 포함한다. 즉, 상기 피스톤부(400)의 이동에 따라 상기 피스톤부(400)와 연결된 상기 제동유닛(500)이 도 2의 화살표의 방향으로 이동될 수 있으며, 상기 제동유닛(500)이 상기 화살표 방향으로 이동되는 경우, 외부의 작용부(600)에 직접 작용하여 외부의 작용부(600)의 동작이 제어될 수 있다.

예를 들어, 상기 작용부(600)가 철도차량 등의 차륜인 경우, 상기 제동유닛(500)은 상기 작용부(600)의 작용면을 향해 이동하여 상기 작용면과의 마찰력을 증가시켜 상기 차륜의 회전을 감쇄하여, 상기 차륜을 제동시키게 된다. 마찬가지로, 상기 제동유닛(500)이 상기 작용면과 반대 방향으로 이동하게 되면 상기 작용면과의 마찰력이 감소되어 상기 차륜은 다시 회전하게 된다.

이와 같이, 상기 피스톤부(400)는 상기 제동유닛(500)과 연결되어, 외부의 작용부(600)가 차륜인 경우, 차륜의 제동을 수행할 수 있다.

이와 달리, 상기 외부의 작용부(600)는 차륜 외의 다양한 동작 유닛일 수 있으며, 상기 제동유닛(500)은 상기 작용부(600)에 압력 또는 마찰력 등을 작용하여 상기 작용부(600)의 동작을 제어할 수 있다.

도 2를 참조하여, 본 실시예에 의한 상기 전자기 제동 실린더(20)를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 실린더부(200)는 서로 마주하는 제1 및 제2 면들(210, 220), 측부(230) 및 연장부(240)를 포함한다.

상기 제1 면(210)은 상기 실린더부(200)의 일 끝단면을 형성하며, 도 2에는 도시되지 않고 있으나, 원형 또는 다각형의 플레이트(plate) 형상을 가진다.

상기 제2 면(220)은 상기 제1 면(210)과 소정거리 이격되며 마주하고, 중앙부분이 개구(open)된 원형 또는 다각형의 플레이트 형상을 가진다. 이 경우, 상기 제1 면(210)이 원형 플레이트 형상이면 상기 제2 면(220)도 원형 플레이트 형상을 가지는 것과 같이, 상기 제1 및 제2 면들(210, 220)은 서로 동일한 플레이트 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1 면(210)과 상기 제2 면(220)의 끝단, 원주 또는 모서리는 상기 측부(230)에 의해 서로 연결된다. 즉, 상기 제1 및 제2 면들(210, 220)이 원형 플레이트 형상인 경우, 상기 측부(230)는 상기 제1 면(210)의 원주형 모서리와 상기 제2 면(220)의 원주형 모서리를 서로 연결한다.

그리하여, 상기 제1 및 제2 면들(210, 220)과 상기 측부(230)는 내부에 제1 수납공간(201)을 형성한다.

상기 연장부(240)는 상기 제2 면(220)의 중앙으로부터 연장되며, 상기 연장부(240)의 연장방향은 상기 제1 또는 제2 면들(210, 220)의 연장방향과 수직일 수 있다. 즉, 상기 연장부(240)는 일 끝단이 상기 제2 면(220)의 중앙에 형성된 개구로부터 연장되어, 상기 실린더부(200)는 전체적으로 'T'자형 단면을 형성한다.

한편, 상기 연장부(240)의 다른 끝단은 개구(open)되어, 상기 피스톤부(400)의 이동이 가능하도록 한다.

또한, 상기 연장부(240)는 원통형 또는 다각형 기둥 형상으로 형성되며, 이에 따라 내부에는 제2 수납공간(204)이 형성된다.

상기 피스톤부(400)는 바닥부(410) 및 축부(420)를 포함한다.

상기 바닥부(410)는 상기 제1 수납공간(201)의 내부에 수납되며, 상기 제1 면(210)과 동일한 플레이트 형상으로 형성된다. 다만, 상기 바닥부(410)는 상기 제1 수납공간(201)에 수납되기 위해 상기 제1 면(210) 보다는 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 바닥부(410)는 상기 제1 수납공간(201)의 대략 중앙부분에 위치하여, 상기 제1 수납공간(201)을 제1 서브 수납공간(202) 및 제2 서브 수납공간(203)으로 분리한다. 이 경우, 후술하겠으나, 상기 제1 수납공간(201)에 상기 전자기력 발생부(300)가 배치된다.

상기 축부(420)는 상기 바닥부(410)의 중앙으로부터 연장되며, 상기 연장부(240)의 연장방향과 동일한 방향으로 연장된다. 상기 축부(420)는 상기 제1 수납공간(201) 및 상기 제2 수납공간(204)의 내부에 공통으로 수납될 수 있으며, 상기 축부(420)의 반경은 상기 연장부(240)의 반경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

다만, 상기 축부(420)는 상기 바닥부(410)로부터 상기 제2 수납공간(204)을 향하여 연장되므로, 상기 축부(420)는 상기 바닥부(410)에 의해 분리되는 상기 제1 및 제2 서브 수납공간들(202, 203) 중 상기 제2 서브 수납공간(203)에 수납된다.

한편, 상기 피스톤부(400)는 상기 실린더부(200) 내부의 제1 및 제2 수납공간들(201, 204) 내에서 화살표로 도시된 방향으로 이동이 가능하며, 이에 따라 상기 축부(420)는 상기 연장부(240)의 다른 끝단에 형성된 개구를 통해 외부로 노출될 수도 있다.

상기 전자기력 발생부(300)는 제1 및 제2 전자기력부(310, 320)와 제3 및 제4 전자기력부(330, 340)를 포함한다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)과 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340) 중 어느 하나나 둘은 영구자석이며, 나머지 전자기력부들은 일반 전자석 또는 하이브리드 전자석일 수 있다. 다만, 이하에서는, 상기 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340)이 모두 영구자석인 경우를 예를 들어 설명한다.

상기 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)은 상기 실린더부(200)의 제1 면(210) 및 제 2면(220)에 각각 고정되며, 상기 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340)은 모두 영구자석으로 대체하여 상기 피스톤부(400)의 상기 바닥부(410) 양쪽 면에 각각 고정되어, 상기 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)과 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340)은 각각 서로 마주하도록 배치된다.

보다 구체적으로, 상기 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)은 상기 바닥부(410)와 마주하는 위치에 상기 제1 면(210)과 제 2면(220)의 외면을 따라 고정되고, 상기 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340)은 상기 제1 면(210) 및 제2 면(220)과 마주하는 위치에 상기 바닥부(410)의 양쪽 외면을 따라 각각 고정된다. 이 경우, 상기 제1 면(210) 및 제2 면(220)과 상기 바닥부(410)가 모두 원형 플레이트 형상이라면, 상기 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340)은 각각 원형 도우넛(doughnut) 형상일 수 있다.

이와 같이, 상기 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)과 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340)이 서로 마주하도록 배치되어, 상기 제1 및 제2 전자기력부들(310, 320)과 영구자석으로 대체한 제3 및 제4 전자기력부들(330, 340) 사이에 형성되는 척력이나 인력의 전자기력에 의해 상기 제1 면(210)과 상기 바닥부(410)는 상대적인 이동이 가능하고, 이에 따라 상기 피스톤부(400)가 상기 실린더부(200)의 내부에서 이동하게 된다.

즉, 상기 제3 및 제4 전자기력부(330, 340)가 영구자석으로 구성되므로, 상기 제1 및 제2 전자기력부(310, 320)에 전류 또는 전압을 인가하여 이에 따라, 상기 영구자석과의 사이에서 자기력이 형성되어 척력과 인력에 의하여 상기 피스톤부(400)는 상기 실린더부(200)의 내부에서 좌우로 이동하게 된다.

도 3은 도 2의 전자기 제동실린더가 전자기력에 따라 동작되는 상태를 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 전자기 제동 실린더(20)에서는 상기 제어부(100)의 동작 신호에 따라 전류 또는 전압의 세기 및 인가 시간 등의 명령이 상기 전자기력 발생부(300)로 제공되고, 상기 전자기력 발생부(300)에서는 전자기력을 발생시킨다.

즉, 상기 명령에 따라, 상기 제1 전자기력부(310)와 제3 전자기력부(330) 사이에서는 척력이 발생하도록 하며, 제2 전자기력부(320)와 제4 전자기력부 사이에서는 인력이 각각 발생하도록 하면, 상기 바닥부(410)는 상기 제2 면(220)을 향해 이동하며 이에 따라 상기 피스톤부(400)는 상기 실린더부(200)의 내부에서 도 3의 화살표 방향으로 이동한다.

이 경우, 상기 피스톤부(400)의 이동거리(D)는 상기 제4 및 제2 전자기력부들(340, 320) 사이의 최대 이격 거리와 동일하다. 즉, 상기 제1 및 제2 면들(210, 220) 사이의 이격 거리에 따라 가변적일 수 있다.

이 후, 상기 제1 및 제2 전자기력부(310, 320)에 인가되는 전류 또는 전압의 방향을 바꾸어 영구자석인 상기 제3 및 제4 전자기력부(330, 340)와의 사이에서 인력과 척력이 바뀌어 발생하면, 상기 바닥부(410)는 상기 제2 면(220)으로부터 떨어져 상기 제1 면(210)을 향해 이동되며, 이에 따라 상기 피스톤부(400)는 도 2에 도시된 위치로 복귀하게 된다.

나아가, 필요한 경우, 상기 제1 및 제2 전자기력부(310, 320)에 인가되는 전류 또는 전압의 방향을 바꿔가며 상기 제3 및 제4 전자기력부(330, 340)와의 사이에서 척력과 인력이 반복적으로 발생하도록 전자기력을 유도하면, 상기 피스톤부(400)는 상기 실린더부(200) 내에서 왕복운동을 수행하게 된다.

이와 같이, 상기 피스톤부(400)의 왕복운동에 의해, 상기 피스톤부(400)의 끝단에 연결된 제동유닛(500)도 왕복운동의 수행이 가능하고, 상기 피스톤부(400)로부터 인가되는 압력이 상기 제동유닛(500)을 통해 상기 작용부(600)로 전달되어, 상기 작용부(600)에 소정의 동작을 유도할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전자기 제동실린더를 도시한 단면도이다.

본 실시예에 의한 전자기 제동 실린더(30)는 탄성부재(450)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 전자기 제동 실린더(20)와 구조, 형상 및 동작과 실질적으로 동일하므로, 동일한 참조번호를 사용하며 중복된 설명을 생략한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 전자기 제동 실린더(30)는 상기 바닥부(410)와 상기 제2 면(220)의 사이에 탄성부재(450)가 고정된다. 즉, 상기 탄성부재(450)는 상기 제2 서브 수납공간(202)에 배치되며, 상기 제1 및 제3 전자기력부들(310, 330)과는 서로 분리된 공간에 배치된다.

구체적으로, 상기 탄성부재(450)는 상기 바닥부(410)에 고정된 상기 축부(420)의 일 끝단으로 부터 소정의 거리만큼의 상기 축부(420) 외면에 고정된다.

즉, 상기 탄성부재(450)의 일 끝단은 상기 바닥부(410)에 고정되고, 상기 탄성부재(450)의 다른 끝단은 상기 제2 면(220)에 고정되어, 상기 바닥부(410)와 상기 제2 면(220) 사이는 상기 탄성부재(450)가 가진 탄성력에 의해 지지된다.

이 경우, 상기 탄성부재(450)는 스프링일 수 있다.

본 실시예에 의한 상기 전자기 제동 실린더(30)는 도 3을 참조하여 설명한 상기 전자기 제동 실린더(20)에서와 동일하게, 상기 제어부(100)의 동작 신호에 따라 전류 또는 전압의 세기 및 인가 시간 등의 명령이 상기 전자기력 발생부(300)로 제공되고, 상기 전자기력 발생부(300)에서는 전자기력을 발생시킨다.

즉, 상기 명령에 따라, 상기 제1 및 제2 전자기력부(310, 320)에서 전자기력이 발생하며, 영구자석인 상기 제3 및 제4 전자기력부(330, 340)와의 사이에서 척력과 인력이 발생하면, 상기 바닥부(410)는 상기 제2 면(220)을 향해 이동하며 이에 따라 상기 피스톤부(400)는 상기 실린더부(200)의 내부에서 도 3의 화살표 방향으로 이동한다.

다만, 본 실시예에서는 상기 바닥부(410)가 상기 제2 면(220)을 향해 이동함에 따라, 상기 탄성부재(450)는 압축되어 소정의 탄성 회복력을 갖게 된다.

이 후, 상기 제1 및 제2 전자기력부(310, 320)에 인가되는 전류 또는 전압이 차단되어 영구자석인 상기 제3 및 제4 전자기력부(330, 340)와의 사이에서 척력과 인력이 소멸되면, 상기 바닥부(410)는 상기 바닥부(410)와 상기 제2 면(220) 사이에 고정된 상기 탄성부재(450)의 탄성 회복력에 의해 상기 제2 면(220)으로부터 떨어져 이동되며, 이에 따라 상기 피스톤부(400)는 도 2에 도시된 위치로 복귀하게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 별도의 상기 제1 및 제2 전자기력부(310, 320)와 상기 제3 및 제4 전자기력부(330, 340)의 사이에 인력과 척력을 발생시키기 위한 전류 또는 전압의 인가가 필요 없으며, 상기 탄성부재(450)의 탄성 회복력을 통해 상기 피스톤부(400)는 도 4에 도시된 위치로 복귀할 수 있다.

마찬가지로, 본 실시예에 의한 상기 전자기 제동 실린더(30)도 상기 피스톤부(400)의 왕복운동에 의해, 상기 피스톤부(400)의 끝단에 연결된 제동유닛(500)도 왕복운동의 수행이 가능하고, 상기 피스톤부(400)로부터 인가되는 압력이 상기 제동유닛(500)을 통해 상기 작용부(600)로 전달되어, 상기 작용부(600)에 소정의 동작을 유도할 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 전자기력 발생부의 제1 및 제2 전자기력부들과 제3 및 제4 전자기력부들이 실린더부 좌우와 피스톤부의 바닥부 양 측면에 각각 고정된 상태에서, 전자기력이 인가되어 상기 피스톤부와 실린더부가 상대적으로 이동이 가능하다. 이에 따라, 상기피스톤부에 연결된 제동유닛 등을 통해 작용부에 소정의 압력을 인가할 수 있다.

특히, 압력 인가를 위한 공압 또는 유압 배관 등을 생략할 수 있어, 제동 실린더를 상대적으로 단순하게 설계할 수 있고, 경량화 및 소형화 설계가 가능하다.

한편, 상기 제1 및 제2 전자기력부들이나 제3 및 제4 전자기력부들 중 일부를 영구자석으로 구성하여, 나머지 전자기력부들에 만 전류 또는 전압을 인가하면 전자기력이 발생하므로, 상대적으로 제어가 용이하며, 전류 또는 전압의 인가에 따른 발열을 줄일 수 있고, 전류 또는 전압 인가를 위한 부속 장치들의 구조를 단순화할 수 있다.

또한, 상기 전자기력 발생부에 인가되는 전류 및 전압을 가변 제어하여 상기 작용부에 인가되는 압력의 크기 및 인가 시간 등을 제어할 수 있어, 용이한 제어가 가능하다.

또한, 상기 제1 및 제3 전자기력부들 사이의 척력과 제2 및 제4 전자기력부들 사이의 인력에 의해 상기 피스톤부가 상기 실린더부의 외부로 이동하여 작용부에 압력을 인가하고, 다시 뒤바뀐 인력과 척력에 의해 상기 피스톤부가 상기 실린더의 내부로 다시 이동하여 압력을 해제하므로, 상기 작용부에 제동력 등의 힘을 용이하게 인가할 수 있다.

이와 달리, 상기 인력의 인가 대신, 탄성부재의 회복력에 의해 상기 작용부에 인가되는 압력을 해제할 수도 있어, 단순한 구조로 상기 작용부에 제동력 등의 힘을 인가할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 전자기력부들이나 제3 및 제4 전자기력부들중 영구자석 외의 다른 전자기력부들에는 일반 전자석 외에 하이브리드 전자석을 다양하게 적용할 수 있어, 설계의 필요에 따른 다양성을 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 전자기력 발생부에 연결된 방열부를 통해 전류나 전압의 인가에 따라 발생되는 열을 효과적으로 방열할 수 있어, 내구성 및 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 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 전자기 제동실린더는 철도차량이나 대형차량의 제동부에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

10 : 전자기 제동시스템 20, 30 : 전자기 제동실린더
100 : 제어부 200 : 실린더부
201 : 제1 수납공간 202 : 제1 서브 수납공간
203 : 제2 서브 수납공간 204 : 제2 수납공간
210 : 제1 면 220 : 제2 면
230 : 측부 240 : 연장부
300 : 전자기력 발생부 310 : 제1 전자기력부
320 : 제2 전자기력부 330 : 제3 전자기력부(영구자석)
340 : 제4 전자기력부(영구자석) 350 : 방열부
400 : 피스톤부 410 : 바닥부
420 : 축부 450 : 탄성부재
500 : 제동유닛 600 : 작용부

Claims (8)

1. 서로 마주하며 제1 수납공간을 형성하는 제1 및 제2 면들, 및 상기 제2 면으로부터 상기 제2 면과 수직으로 연장되어 제2 수납공간을 형성하는 연장부를 포함하는 실린더부;
   상기 제1 및 제2 수납공간들의 내부에 수납되며, 상기 연장부를 따라 왕복으로 이동되는 피스톤부; 및
   상기 실린더부에 고정된 제1 및 제2 전자기력부와 상기 피스톤부의 양 측면에 고정된 제3 및 제4 전자기력부를 포함하며, 전자기력의 인가에 따라 상기 피스톤부를 이동시키는 전자기력 발생부를 포함하는 전자기 제동 실린더.
2. 제1항에 있어서, 상기 피스톤부는,
   상기 제1 수납공간에 수납되어 상기 제1 수납공간을 제1 서브 수납공간과 제2 서브 수납공간으로 분리하며, 상기 제1 및 제2 면들과 평행하게 연장되는 바닥부; 및
   상기 제2 서브 수납공간 및 상기 제2 수납공간에 수납되며, 상기 연장부와 평행하게 연장되는 축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 제동 실린더.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전자기력부는 상기 제1 면 및 제2 면에 각각 고정되며, 상기 제3 및 제4 전자기력부는 상기 피스톤부의 바닥부 양 측면에 고정되어, 상기 제1 및 제3 전자기력부들과 제2 및 제4 전자기력부들은 상기 제1 및 제2 서브 수납공간에서 서로 각각 마주하며 배치되는 것을 특징으로 하는 전자기 제동 실린더.
4. 제2항에 있어서, 상기 바닥부와 상기 제2 면 사이의 상기 제2 서브 수납공간에 고정된 탄성부재를 더 포함하는 전자기 제동 실린더.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전자기력부들과 상기 제3 및 제4 전자기력부들 중 어느 하나 이상은 영구자석이며, 나머지 전자기력부들은 전자석 또는 하이브리드 전자석인 것을 특징으로 하는 전자기 제동 실린더.
6. 제1항에 있어서, 상기 전자기력 발생부에 인가되는 전류 또는 전압을 가변하여 상기 전자기력 발생부의 전자기력의 세기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 전자기 제동 실린더.
7. 제2항에 있어서, 상기 전자기력 발생부에 연결되어 상기 전자기력 발생부에서 발생되는 열을 방열하는 방열부를 더 포함하는 전자기 제동 실린더.
8. 제1항에 있어서, 상기 피스톤부와 연결되어 작용부에 압력을 인가하여 상기 작용부를 제동하는 제동유닛을 더 포함하는 전자기 제동 실린더.
   

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