KR20160052967A

KR20160052967A - 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템

Info

Publication number: KR20160052967A
Application number: KR1020140148604A
Authority: KR
Inventors: 김민수; 오세찬; 김경희; 정종덕
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-05-13
Also published as: KR101662164B1

Abstract

본 발명은 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템에 관한 것으로; 철도차량에 설치되어 차량신호장치로부터 제동지령신호가 입력되면 제동신호를 출력하는 제동전자제어장치(EOD)와; 상기 제동전자제어장치(EOD)로부터 상기 제동신호가 입력되면 철도차량의 제동을 위한 공기 압력을 제어할 수 있도록 공압신호를 출력하는 제동작용장치(BOU)와, 상기 제동작용장치의 공압신호가 입력되면 전기적인 제동신호로 변환하여 전기모터 방식으로 제동을 수행하는 모듈형 제동장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 기존 공압식 제동시스템과 호환성을 가지면서 전기모터를 이용한 제동을 통해 공주시간을 단축시켜 제동거리를 줄일 수 있음은 물론 철도차량의 제동시 정위치정차율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템 {ELECTRONIC MOTORIZED MODULAR BRAKE SYSTEM}

본 발명은 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 고압식 제동시스템과 호환성을 가지면서 공주시간을 단축시켜 철도차량의 제동거리를 감소시킴으로써 위험발생에 따른 비상제동시 신속한 대처가 가능하도록 호환성을 갖는 전기모터식 모듈을 함께 적용한 제동 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량을 제동하기 위한 제동장치로서 압축공기를 이용한 공기제동장치가 적용되고 있다. 이러한 철도차량용 제동장치는 밸브를 작동시켜 각 차량 간에 연결된 공기관을 통해 압력신호를 전달하는 방식이다.

구체적으로 설명하면, 철도차량용 제동장치는, 공기압축기, 공기통, 공기관, 제어부, 각종 밸브 및 제동기를 포함하여 이루어진다. 상기 철도차량용 제동장치의 동작은, 우선 공기압축기에 의해 발생된 압축공기로 인해 공기통과 공기관의 내부 압력이 일정하게 유지되고, 공기통과 공기관의 압력은 운전자의 조작에 따른 각종 밸브의 개폐로 선택적으로 제동기에 전달되어 제동기는 이 공기압력으로 제동자를 차륜에 밀착시켜 목적한 제동력을 얻게 된다. 이와 같은 공압식 제동장치가 적용되는 철도차량은 등록특허 제10-1317564호 등에서와 같이 다양한 방식이 제시된 바 있다.

도 1은 기존 철도차량의 제동시스템의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 이에 의하면 기존 철도차량은 구동차(M-Car)(1)와 부수차(T-Car)(2)가 쌍으로 동작하는 제동시스템 구조로서 공압을 이용하여 제동통(Brake Cylinder)을 동작시켜 제동을 체결한다.

좀 더 상세하게 설명하면, 철도차량의 운행을 종합적으로 제어하는 차상제어장치로 부터 출력되는 제동지령신호는 구동차(M-Car)(1)의 제동작용장치(BOU)(2)의 제동전자제어장치(EOD)(10)로 입력되며, 제동전자제어장치(EOD)(10)는 제동신호를 구동차(M-Car)(1)의 제동작용장치(BOU)(11)와 부수차(T-Car)(2)의 제동작용장치(BOU)(12)에 인가함으로서 제동장치(13,14)를 작동시키게 된다.

이 경우 제동장치(13)는 답면제동장치(Thread Brake)로서 차륜(13a)을 직접 제동하며, 제동장치(14)는 디스크제동장치(Disc Brake)로서, 제동디스크(14a)를 제동하여 철도차량의 제동을 수행하게 된다. 그리고 철도차량의 활주를 방지하도록 활주방지제어장치(15)가 연동운영된다.

그런데, 철도차량에는 상대적으로 출력이 낮은 접촉식 제동장치로 공압식 제동장치가 적용되고 있어 겨울철에 공기제동통(Air Cylinder)이 얼어붙어 제동완해가 되지 않거나 응답특성이 고르지 않아 정위치정차에 어려움이 있다. 또한, 공주시간이 1초라고 가정하면, 제동 초기속도가 100km/h일 때 열차는 1초에 약 27.8m를 주행(공주거리)함에 따라 위급상황에 빠른 대처가 어렵다.

또한, 기존의 제동장치는 구동차(M-Car) 및 부수차(T-Car)의 조합에 맞추어 제동장치를 배치하고 제동력을 분배하는 방식을 채용하고 있다. 따라서 'All M-Car'에 적합한 제동장치 분배 및 제동력 확보를 위해서는 제동장치의 소형화 및 제동전장품의 간소화가 필요하며, 또한 유지보수비 절감을 위해서는 제동시스템의 경량화 및 소형화가 반드시 필요한 실정이다.

참고문헌 1 : 등록특허 제10-1317564호

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 기존 공압식 제동시스템과 호환성을 가지면서 공주시간을 단축시켜 철도차량의 제동거리를 감소시킴으로써 철도차량의 주행 중 위험발생에 따른 비상제동 취급시 신속한 대처가 가능하도록 하는 전기모터식 모듈형 제동시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

철도차량에 설치되어 차량신호장치로부터 제동지령신호가 입력되면 제동신호를 출력하는 제동전자제어장치(EOD)와; 상기 제동전자제어장치(EOD)로부터 상기 제동신호가 입력되면 철도차량의 제동을 위한 공기 압력을 제어할 수 있도록 공압신호를 출력하는 제동작용장치(BOU)와, 상기 제동작용장치의 공압신호가 입력되면 전기적인 제동신호로 변환하여 전기모터 방식으로 제동을 수행하는 모듈형 제동장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템을 제공한다.

이때, 상기 제동작용장치(BOU)는 상기 철도차량의 구동차(M-Car)에 설치되는 구동차용 제동작용장치와, 부수차(T-Car)에 설치되는 부수차용 제동작용장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모듈형 제동장치는 상기 철도차량의 구동차(M-Car)에 설치되는 구동차용 제동장치와, 부수차(T-Car)에 설치되는 부수차용 제동장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 모듈형 제동장치는, 상기 제동작용장치를 통해 입력되는 공압신호에 비례하는 전기모터 제어신호를 출력하는 신호변환장치와, 상기 신호변환장치로부터 입력되는 전기모터 제어신호에 따라 구동되는 전기모터와, 상기 전기모터의 회전속도를 감속하는 감속기부와, 상기 감속기부를 통해 감속된 전기모터의 회전력을 직선운동으로 변환하는 볼스크류부와, 상기 볼스크류부의 직선운동에 따라 철도차량의 제동면에 마찰되는 마찰재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 철도차량의 제동면은 차륜의 답면이며, 상기 마찰재는 차륜의 답면에 마찰되는 제동슈인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 철도차량의 제동면은 디스크이며, 상기 마찰재는 디스크의 마찰면에 마찰되는 패드인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 모듈형 제동장치는 상기 신호변환장치, 전기모터, 감속기부, 볼스크류부가 함체 내에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 기존 공압식 제동시스템과 호환성을 가지면서 전기모터를 이용한 제동을 통해 공주시간을 단축시켜 제동거리를 줄일 수 있음은 물론 철도차량의 제동시 정위치정차율을 향상시키는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 무인/자동/수동 운전에서의 정위치정차율을 향상시킬 수 있음은 물론, 계절적 요인에 의해 응답특성이 고르지 않은 공압식 제동장치의 문제를 해결할 수 있고, 공주시간 단축 및 제동거리를 줄임에 따라 위급상황에 빠른 대처를 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 제동장치의 부품 간소화 및 경량화를 통한 차량하부부품 배치의 여유확보를 통한 유지보수비용의 절감 효과도 기대할 수 있다.

도 1은 종래 일반적인 공압식 제동 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 모듈형 제동장치의 상세 구성도이다.

본 발명에 따른 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템 구성도이다. 이에 의하면 본 발명에 따른 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템은 구동차(M-Car)(1) 및 부수차(T-Car)(2)의 조합에 맞추어 설치되는 시스템으로, ATP(Automatic Train Protection : 열차자동방호시스템), ATO(Automatic Train Operation: 열차자동운전장치) 등과 같은 차량신호장치(100), 제동전자제어장치(EOD; Electric Operating Device)(110), 제동작용장치(BOU; Brake Operating Unit)(120) 및 활주방지제어장치(ASCU; Anti-Skid Control Unit)(130)의 전기출력을 전공/공전 변환장치 없이 전기신호를 곧바로 모듈식 제동장치(캘리퍼, 엑츄에이터, 패드 등)(140)로 전달하는 방식의 'Brake By Wire' 제동 시스템이다.

이와 같은 본 발명에 따른 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템은 철도차량에 설치되어 차량신호장치(100)로부터 제동지령신호가 입력되면 제동신호를 출력하는 제동전자제어장치(EOD)(110)와, 상기 제동전자제어장치(EOD)(110)로부터 상기 제동신호가 입력되면 철도차량의 제동을 위한 공기 압력을 제어할 수 있도록 공압신호 및 전기신호를 출력하는 제동작용장치(BOU; brake operating unit)(120)와, 상기 제동작용장치(120)의 공압신호가 입력되면 전기적인 제동신호로 변환하여 전기모터 방식으로 제동을 수행하는 모듈형 제동장치(140)로 구성된다.

이하, 도 2 및 도 3을 참고로 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

먼저, 철도차량은 하나의 구동차(M-Car)(1)와 다수의 부수차(T-Car)(2)가 연결 설치될 수 있는 것으로, 차량신호장치(100)의 제동지령에 따라 철도차량의 제동을 위한 공기 압력을 제어할 수 있도록 철도차량에 설치되는 제동작용장치(BOU)(120)는 구동차(M-Car)(1)에 설치되는 구동차용 제동작용장치(121)와, 부수차(T-Car)(2)에 설치되는 부수차용 제동작용장치(122)로 구성된다.

이때, 구동차용 제동작용장치(121)에는 차량신호장치(100)로부터 제동지령신호가 입력되면 상기 구동차용 제동작용장치(121) 및 부수차용 제동작용장치(122)에 제동신호를 출력하는 제동전자제어장치(110)가 설치된다.

이 경우, 상기 구동차용 제동작용장치(121) 및 부수차용 제동작용장치(122)는 제동전자제어장치(110)로부터 제동신호가 입력되면 그에 따라 비례하여 공압신호를 출력한다.

물론, 상기 제동작용장치(120)는 상기 모듈형 제동장치(140)에 전기신호를 공급함이 바람직하다.

한편, 상기 모듈형 제동장치(140)는 기존 제동시스템과 호환 즉 공기배관 입력을 유지하면서 빠른 응답특성 및 높은 신뢰로를 얻기 위한 전기모터식 구동기를 갖는 모듈형의 제동시스템 구조를 수행한다.

이를 위해 상기 모듈형 제동장치(140)는 상기 제동작용장치(120)를 통해 입력되는 공압신호에 비례하는 전기모터 제어신호를 출력하는 신호변환장치(141)와, 상기 신호변환장치(141)로부터 입력되는 전기모터 제어신호에 따라 구동되는 전기모터(142)와, 상기 전기모터(142)의 회전속도를 감속하는 감속기부(143)와, 상기 감속기부(143)를 통해 감속된 전기모터(142)의 회전력을 직선운동으로 변환하는 볼스크류부(144)와, 상기 볼스크류부(144)의 직선운동에 따라 철도차량의 제동면(146)에 마찰되는 마찰재(145)로 구성된다.

이때, 상기 철도차량의 제동면(146)은 차륜(146a)의 답면 또는 디스크(146b)의 마찰면으로서, 답면제동방식의 모듈형 제동장치의 경우 차륜(146a)의 답면에는 제동슈가 마찰되고, 디스크제동방식의 모듈형 디스크제동장치의 경우 디스크(146b)에는 패드가 마찰된다.

좀 더 상세하게 설명하면 상기 구동차(M-Car)(1)에 설치되는 구동차용 제동장치는 답면제동방식의 모듈형 제동장치(140a)로 구성하고, 부수차(T-Car)(2)에 설치되는 부수차용 제동장치는 디스크제동방식의 모듈형 디스크제동장치(140b)로 구성됨이 바람직하다.

상기 신호변환장치(141)는 좀 더 상세하게 설명하면 기존 공압신호를 입력받고 별도로 설치되는 전기신호를 입력 받아 전기모터(142)를 구동하기위한 전기신호 형태의 전기모터 제어신호를 출력한다. 이에 따라 전기모터(142)는 신호변환장치(141)로부터 생성된 전기적인 전기모터 제어신호를 통해 구동되며, 감속기부(143)를 통해 제동에 필요한 고출력의 제동토크를 얻게 되며, 상기 볼스크류부(144)는 회전운동을 직선운동으로 변경시켜 마찰재(디스크패드 또는 제동슈)(145)를 차륜(146a) 또는 디스크(146b)에 밀착시켜 제동작용을 발생시키거나 해제한다.

이와 같은 모듈형 제동장치(140)는 신호변환장치(141), 전기모터(142), 감속기부(143), 볼스크류부(144)를 하나의 함체 내에 설치하여 철도차량의 운행에 따른 진동이나 온도변화에도 영향을 받지 않도록 하며, 먼지나 습한 조건에서도 정상적인 동작이 되도록 함이 바람직하다.

이하, 도 2 및 도 3을 참고로 본 발명에 따른 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템의 작동 예를 설명한다.

철도차량의 주행중 제동을 수행하는 경우 차량신호장치(100)는 철도차량의 감속 또는 정지 등을 위한 제동지령신호를 출력한다.

이와 같이 차량신호장치(100)에서 출력되는 제동지령신호는 구동차(M-Car)(1)에 설치되는 제동전자제어장치(EOD)(110)로 입력되며, 제동전자제어장치(EOD)(110)는 그에 따라 제동신호를 제동작용장치(BOU)(120)로 출력한다.

이 경우 구동차(M-Car)(1)에 설치되는 구동차용 제동작용장치(121)는 물론 부수차(T-Car)(2)에 설치되는 부수차용 제동작용장치(122)에도 제동신호를 출력한다.

물론, 상기 구동차용 제동작용장치(121)는 구동차(M-Car)(1)에 설치되는 답면제동방식의 모듈형 제동장치(140a)에 공압신호를 출력하고, 상기 부수차용 제동작용장치(233)는 부수차(T-Car)(2)에 설치되는 디스크제동방식의 모듈형 디스크제동장치(140b)에 공압신호를 출력하게 된다.

이에 따라 상기 모듈형 제동장치(140)의 신호변환장치(141)에서 입력되는 공압신호에 비례하는 전기모터 제어신호를 출력하게 되며, 그에 따라 전기모터(142)가 구동되어 감속기부(143)에서 회전속도의 감속 및 토크 상승이 이루어진 후 볼스크류부(144)에서 회전력을 직선운동으로 변환된다.

이에 따라 볼스크류부(144)의 직선운동에 따라 철도차량의 제동면(146)에 마찰되는 마찰재(145)가 전후진 왕복운동하면서 철도차량의 제동면에 밀착되어 제동을 수행하거나 해제한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 구동차(M-Car) 2: 부수차(T-Car)
100: 차량신호장치 110: 제동전자제어장치
120: 제동작용장치 130: 활주방지제어장치
140: 모듈식 제동장치 141: 신호변환장치
142: 전기모터 143: 감속기부
144: 볼스크류부

Claims

철도차량에 설치되어 차량신호장치로부터 제동지령신호가 입력되면 제동신호를 출력하는 제동전자제어장치(EOD)와; 상기 제동전자제어장치(EOD)로부터 상기 제동신호가 입력되면 철도차량의 제동을 위한 공기 압력을 제어할 수 있도록 공압신호를 출력하는 제동작용장치(BOU)와, 상기 제동작용장치의 공압신호가 입력되면 전기적인 제동신호로 변환하여 전기모터 방식으로 제동을 수행하는 모듈형 제동장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제동작용장치(BOU)는 상기 철도차량의 구동차(M-Car)에 설치되는 구동차용 제동작용장치와, 부수차(T-Car)에 설치되는 부수차용 제동작용장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 모듈형 제동장치는 상기 철도차량의 구동차(M-Car)에 설치되는 구동차용 제동장치와, 부수차(T-Car)에 설치되는 부수차용 제동장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 모듈형 제동장치는,
상기 제동작용장치를 통해 입력되는 공압신호에 비례하는 전기모터 제어신호를 출력하는 신호변환장치와, 상기 신호변환장치로부터 입력되는 전기모터 제어신호에 따라 구동되는 전기모터와, 상기 전기모터의 회전속도를 감속하는 감속기부와, 상기 감속기부를 통해 감속된 전기모터의 회전력을 직선운동으로 변환하는 볼스크류부와, 상기 볼스크류부의 직선운동에 따라 철도차량의 제동면에 마찰되는 마찰재로 구성되는 것을 특징으로 하는 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 철도차량의 제동면은 차륜의 답면이며, 상기 마찰재는 차륜의 답면에 마찰되는 제동슈인 것을 특징으로 하는 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 철도차량의 제동면은 디스크이며, 상기 마찰재는 디스크의 마찰면에 마찰되는 패드인 것을 특징으로 하는 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 모듈형 제동장치는 상기 신호변환장치, 전기모터, 감속기부, 볼스크류부가 함체 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 호환성을 갖는 전기모터식 모듈형 제동 시스템.