KR20170047743A - 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안정적으로 자기부상 주행을 실행하고 능동적으로 대차와 보기 프레임 사이의 간격을 제어할 수 있는 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차를 제공함에 있다.
본 발명의 측면에 따른 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차는 궤도에 대하여 부상 이동하는 자기부상 열차에 있어서, 상기 궤도와 대향하는 차량측 부상 전자석이 설치된 복수 개의 보기 프레임, 상기 보기 프레임 상에 설치된 대차, 상기 보기 프레임들과 상기 대차 사이에 설치된 복수개의 완충 스프링, 각각의 상기 완충 스프링과 연결 설치되어 상기 완충 스프링의 압력을 제어하는 밸브, 및 상기 대차와 상기 보기 프레임 사이의 간격을 측정하는 거리측정 센서를 포함한다.

Description

액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차{MAGNETIC LEVITATION TRAIN HAVING ACTIVE DAMPER}
본 발명은 자기부상 열차에 관한 것으로서 보다 상세하게는 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차에 관한 것이다.
자기부상 추진은 전기 자기력을 이용하여, 궤도로부터 일정한 높이로 부상하여 추진하는 것을 말한다. 자기부상 반송장치는 궤도와 궤도 상에서 비접촉으로 부상 및 추진하는 대차를 포함한다.
자기부상 시스템은 대차와 궤도 사이에서 전자석에 의한 인력 또는 반발력을 응용하여, 대차를 궤도로부터 이격시킨 상태로 추진한다. 이와 같이 자기 부상 시스템은 궤도와 비접촉 상태로 추진하므로 소음 및 진동이 적고 고속 추진이 가능하다.
자기 부상 방법에는 자석의 인력을 이용하는 흡인식과, 자석의 반발력을 이용하는 반발식이 있다. 또한, 자기 부상의 부상 방법에는 전자석의 원리에 따라, 초전도 방식과 상전도 방식이 있다. 초전도 방식은 상전도 방식에 비해 강한 자력을 얻을 수 있어 대차와 궤도간의 이격 거리를 크게 갈수 있어 궤도 정밀도 확보에 대한 부담이 적은 장점이 있는 반면 자기력을 능동제어하기가 어려워 열차의 승차감을 높이는데 한계가 있다. 상전도 방식은 자기력을 능동 제어할 수 있어 열차의 승차감을 높이는데 장점이 있다.
자기부상 시스템을 구성하는 주요 힘 성분은 부상력, 추진력 그리고 안내력이며, 자기부상 전자석이 부상력과 안내력을 담당하고, 선형전동기가 추진력을 부담한다.
대형 자기부상 시스템인 자기부상 열차의 경우 타이빔을 이용하여 좌, 우측 보기 프레임을 독립적으로 제어한다. 반면, 소형 자기부상 시스템인 경우에는 자기부상 열차에서와 같이 타이빔을 적용하거나 단순한 강체 구조의 보기 상판 및 보기 프레임 결합 구조를 가지고 있다.
본 발명의 목적은 안정적으로 자기부상 주행을 실행하고 능동적으로 대차와 보기 프레임 사이의 간격을 제어할 수 있는 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차는 궤도에 대하여 부상 이동하는 자기부상 열차에 있어서, 상기 궤도와 대향하는 차량측 부상 전자석이 설치된 복수 개의 보기 프레임, 상기 보기 프레임 상에 설치된 대차, 상기 보기 프레임들과 상기 대차 사이에 설치된 복수개의 완충 스프링, 각각의 상기 완충 스프링과 연결 설치되어 상기 완충 스프링의 압력을 제어하는 밸브, 및 상기 대차와 상기 보기 프레임 사이의 간격을 측정하는 거리측정 센서를 포함한다.
여기서 상기 완충 스프링은 유압 스프링 또는 공압 스프링으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 완충 스프링에는 공기 또는 유체가 저장된 압력 탱크가 연결 설치되고, 상기 완충 스프링은 상기 압력 탱크와 압력 조절관을 통해서 연결되며, 상기 밸브는 상기 압력 조절관에 연결 설치될 수 있다.
또한, 상기 압력 조절관에는 대기압와 연결된 감압관이 연결 설치된 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
여기서 상기 밸브는 스로틀 밸브로 이루어질 수 있으며, 상기 밸브에는 상기 밸브의 개폐를 제어하는 액추에이터가 연결 설치되고, 상기 액추에이터는 상기 거리측정 센서와 연결될 수 있다.
또한, 상기 거리측정 센서는 레이저 센서, 갭 센서 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 밸브는 상기 감압관과 상기 압력 조절관이 만나는 부분에 설치되고, 상기 밸브는 3방향 밸브(3-way valve)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 밸브는 상기 압력 조절관에 설치된 제1 밸브부재와 상기 감압관에 설치된 제2 밸브부재를 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 열차는 액추에이터를 이용하여 밸브의 개폐를 제어하므로 보다 안정적으로 자기부상 주행을 실행할 수 있을 뿐만 아니라 능동적으로 대차와 보기 프레임 사이의 간격을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 시스템을 폭방향으로 잘라 본 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 보기 프레임과 완충 스프링을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 열차의 완충 스프링 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 열차의 완충 스프링 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 시스템을 폭방향으로 잘라 본 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 보기 프레임과 완충 스프링을 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 시스템(100)은 자기부상 열차(110)와 자기부상 열차(110)가 이동하는 궤도(120)를 포함한다.
본 실시예에 따른 자기부상 열차(110)는 궤도(120) 상에 놓이거나 궤도(120)로부터 부상하여 추진한다. 궤도(120)는 일방향으로 길게 이어져 형성되며, 상부에 형성된 거더(122)와 거더(122)의 아래에 배치되어 지면으로부터 거더(122)을 지지하는 기둥(121)을 포함한다. 거더(122)의 하면에는 부상용 강자성체판(127)이 고정 설치되며, 부상용 강자성체판(127)의 양쪽 가장자리에는 아래로 돌출된 돌기가 형성된다. 돌기는 아래에서 상술하는 차량측 부상 전자석(114)의 코어(114a)에 형성된 돌기와 마주하도록 배치된다. 또한 거더(122)의 상면에는 추진용 강자성체판(172)이 설치되는데, 추진용 강자성체판(172)은 차량측 추진 전자석(160)과 대향 배치된다.
자기부상 열차(110)는 대차(150)와 대차(150)의 아래에 배치된 보기 프레임(112)을 포함하며, 4개의 보기 프레임(112)이 대차(150)의 아래에서 대차를 지지한다. 보기 프레임(112)에는 마주하는 보기 프레임(112)을 향하여 돌출된 브라켓(113)이 설치되며, 브라켓(113)에는 차량측 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)과 대향하도록 설치된다.
차량측 부상 전자석(114)은 코어(114a)와 코어(114a)의 외주를 감싸도록 설치된 코일(114b)을 포함한다. 코어(114a)는 홈을 사이에 두고 두 개의 돌기들이 이격 형성된 구조로 이루어지며 이 돌기들에 코일이 감겨진다. 차량측 부상 전자석(114)은 부상용 강자성체판(127)와 마주하여 차량측 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)를 끌어당겨서 부상력이 발생한다. 본 실시예에서는 자기부상 시스템(100)이 흡인식으로 이루어진 것으로 예시하고 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 차량측 부상 전자석(114)이 위에 위치하고, 부상용 강자성체판(127)이 아래에 위치하여 반발식으로 이루어질 수도 있다.
보기 프레임(112)의 상부에는 마주하는 보기 프레임(112)을 향하여 돌출된 돌기(112a)가 형성되며 이 돌기의 하면에 차량측 추진 전자석(160)이 고정 설치된다.
차량측 추진 전자석(160)에는 복수 개의 돌기(163)가 궤도(120)의 길이 방향으로 이격 형성되고 이 돌기(163) 사이의 홈에는 코일(165)이 삽입 설치된다. 코일(165)은 3개가 설치되며 3개의 코일들(165)이 서로 번갈아 홈에 삽입된다.
차량측 추진 전자석(160)는 강자성체판(172)과 마주하도록 설치되므로 차량측 추진 전자석(160)가 이동할 때, 시간적 공간적으로 이동하는 자속이 발생하여 강자성체판(172)에 와전류가 발생한다. 이 와전류와 공극 자속이 로렌츠의 힘 방정식으로 표현되는 상호 작용에 의하여 추진력이 발생한다. 본 실시예와 같이 선형 유도 전동기를 적용하면 궤도의 상면에 궤도 상에 평판 형태의 도체판을 설치할 수 있으며 이에 따라 궤도의 설계가 자유로워 진다. 또한 교류기와 같은 제어가 가능하며 대출력 대기동력 발생이 용이하고 유지보수가 간편하다.
한편, 보기 프레임(112)의 내측면에는 거더(122)의 측면과 맞닿는 가이드 롤러(118)가 설치된다. 가이드 롤러(118)는 자기부상 열차(110)를 지지하여 자기부상 열차(110)가 횡방향으로 흔들리는 것을 방지한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 열차의 완충 스프링 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 보기 프레임(112)과 대차(150) 사이에는 복수 개의 완충 스프링(130)이 설치된다. 완충 스프링(130)은 보기 프레임(112)에서 발생하는 진동이나 상하방향 흔들림을 감소시키는 역할을 한다. 완충 스프링(130)은 에어 스프링 또는 유압 스프링으로 이루어질 수 있으며 각각의 완충 스프링(130)에는 완충 스프링(130)의 압력을 제어하는 밸브(140)가 설치된다.
또한, 완충 스프링(130)에는 공기 또는 유체가 저장된 압력 탱크(151)가 연결 설치되는데, 완충 스프링(130)과 압력 탱크(151)는 압력 조절관(155)을 통해서 연결된다. 압력 조절관(155)에는 대기압(Patm)과 연결된 감압관(153)이 연결 설치되어 있으며, 감압관(153)은 대기와 연결되거나 대기압 상태의 유체 저장소와 연결될 수 있다. 완충 스프링(130)의 압력(Pspr)은 압력 탱크(151)의 압력(Ptan)보다 낮으므로 완충 스프링(130)과 압력 탱크(151)가 연결되면 완충 스프링(130)의 강성이 증가하여 보기 프레임(112)과 대차(150) 사이의 간격이 증가한다.
밸브(140)는 압력 조절관(155)과 감압관(153)이 만나는 부분에 설치되어 있으며, 밸브(140)는 압력 조절관(155)의 개폐를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 압력 조절관(155)과 감압관(153)의 연결을 제어할 수 있는 3방향 밸브(3-way valve)로 이루어질 수 있다. 또한 밸브(140)는 스로틀 밸브로 이루어질 수 있다.
밸브(140)에는 밸브(140)의 개폐를 제어하는 액추에이터(145)가 연결 설치되는데, 하나의 밸브(140)에는 하나의 액추에이터(145)가 설치될 수 있다. 액추에이터(145)는 유압 또는 공압 액추에이터로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 대차(150)에는 대차(150)와 보기 프레임(112)의 간격을 측정하는 거리측정 센서(152)가 설치된다. 거리측정 센서(152)는 광 센서 또는 레이저 센서로 이루어질 수 있다. 거리측정 센서(152)는 액추에이터(145)와 연결되어 액추에이터(145)로 측정된 간격 정보를 전달한다. 이에 따라 액추에이터(145)는 보기 프레임(112)과 대차(150)의 간격에 따라 자동으로 밸브(140)를 제어할 수 있다.
한편, 운전자는 액추에이터(145)를 이용하여 밸브(140)의 개폐를 제어할 수 있는데, 운전자가 액추에이터(145)를 이용하여 대차의 평행하게 제어하거나 경사지게 제어할 수 있다. 이에 의하면 롤링(rolling)과 피치(pitch)가 최소화 되도록 대차(150)가 제어될 수 있다. 또한 운전자에 의하여 각 보기 프레임과 대차의 기준 간격을 상기하게 변경하는 것이 가능하므로 틸팅 트레인을 구현할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 열차에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 열차의 완충 스프링 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4를 참조하면 본 제2 실시예에 따른 자기부상 열차에는 보기 프레임과 대차 사이의 진동을 감소시키는 유압 또는 고압으로 이루어진 완충 스프링(130)이 설치된다.
완충 스프링(130)은 에어 스프링 또는 유압 스프링으로 이루어질 수 있으며 완충 스프링(130)에는 공기 또는 유체가 저장된 압력 탱크(151)가 연결 설치된다. 완충 스프링(130)과 압력 탱크(151)는 압력 조절관(155)을 통해서 연결되며 압력 조절관(155)에는 대기압과 연결된 감압관(153)이 연결 설치되어 있다. 여기서 완충 스프링(130)의 압력(Pspr)은 압력 탱크(151)의 압력(Ptan)보다 낮고 대기압(Patm)보다 더 높다.
완충 스프링(130)에는 완충 스프링(130)의 압력을 제어하는 밸브(180)가 설치되며 밸브(180)는 압력 조절관(155)에 설치된 제1 밸브부재(181)와 감압관(153)에 설치된 제2 밸브부재(182)를 포함한다. 제1 밸브부재(181)와 제2 밸브부재(182)는 스로틀 밸브로 이루어질 수 있다.
제1 밸브부재(181)에는 제1 밸브부재(181)의 개폐를 제어하는 제1 액추에이터(183)가 연결 설치되고, 제2 밸브부재(182)에는 제2 밸브부재(182)의 개폐를 제어하는 제2 액추에이터(184)가 연결 설치된다. 이에 따라 제1 밸브부재(181)를 개방하고, 제2 밸브부재(182)를 닫으면 대차와 보기 프레임의 간격을 증가시킬 수 있다. 또한, 제1 밸브부재(181)를 닫고, 제2 밸브부재(182)를 개방하면 대차와 보기 프레임의 간격을 감소시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 자기부상 시스템 110: 자기부상 열차
112: 보기 프레임 112a: 돌기
113: 브라켓 114: 차량측 부상 전자석
114a: 코어 114b: 코일
118: 가이드 롤러 120: 궤도
121: 기둥 122: 거더
127: 부상용 강자성체판 130: 완충 스프링
140, 180: 밸브 145: 액추에이터
150: 대차 151: 압력 탱크
152: 거리측정 센서 153: 감압관
155: 압력 조절관 160: 차량측 추진 전자석
163: 돌기 165: 코일
172: 강자성체판 181: 제1 밸브부재
182: 제2 밸브부재 183: 제1 액추에이터
184: 제2 액추에이터

Claims (9)

  1. 궤도에 대하여 부상 이동하는 자기부상 열차에 있어서,
    상기 궤도와 대향하는 차량측 부상 전자석이 설치된 복수 개의 보기 프레임;
    상기 보기 프레임 상에 설치된 대차;
    상기 보기 프레임들과 상기 대차 사이에 설치된 복수개의 완충 스프링;
    각각의 상기 완충 스프링과 연결 설치되어 상기 완충 스프링의 압력을 제어하는 밸브들; 및
    상기 대차와 상기 보기 프레임 사이의 간격을 측정하는 거리측정 센서;
    를 포함하는 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 완충 스프링은 유압 스프링 또는 공압 스프링으로 이루어진 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 완충 스프링에는 공기 또는 유체가 저장된 압력 탱크가 연결 설치되고, 상기 완충 스프링은 상기 압력 탱크와 압력 조절관을 통해서 연결되며, 상기 밸브는 상기 압력 조절관에 연결 설치된 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 압력 조절관에는 대기압와 연결된 감압관이 연결 설치된 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 밸브는 스로틀 밸브로 이루어진 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 밸브에는 상기 밸브의 개폐를 제어하는 액추에이터가 연결 설치되고, 상기 액추에이터는 상기 거리측정 센서와 연결된 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 거리측정 센서는 레이저 센서로 이루어진 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 감압관과 상기 압력 조절관이 만나는 부분에 설치되고, 상기 밸브는 3방향 밸브(3-way valve)로 이루어진 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 압력 조절관에 설치된 제1 밸브부재와 상기 감압관에 설치된 제2 밸브부재를 포함하는 액티브 완충 스프링을 갖는 자기부상 열차.
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