WO2021157817A1 - 철도 차량용 발전기 일체형 커버 조립체 및 이를 포함하는 차축 조립체 - Google Patents

철도 차량용 발전기 일체형 커버 조립체 및 이를 포함하는 차축 조립체 Download PDF

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WO2021157817A1
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임준식
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Definitions

  • the present invention relates to a generator-integrated cover assembly for a railway vehicle and an axle assembly including the same, and more particularly, frequency analysis by supplying electricity generated using the rotation of the axle to at least one sensor that detects a physical quantity of the axle assembly. It relates to a generator-integrated cover assembly for a railroad vehicle capable of securing sufficient data for the purpose and an axle assembly including the same.
  • the possibility of a defect in the diagnosis target may be confirmed through heat, sound, vibration, or the like.
  • a user can easily identify a defect in the diagnosis target, whereas the defect in the diagnosis target can be identified only after the defect in the diagnosis target has significantly progressed. Since the diagnosis method using vibration can predict the possibility of a defect in the diagnosis target the fastest, the diagnosis method using vibration has been mainly used in the prior art.
  • a plurality of vehicles are connected to each other, and the operation is controlled by one locomotive.
  • Each of the plurality of vehicles is equipped with a plurality of axle assemblies.
  • the wire harness is complicated and malfunctions may occur frequently. Accordingly, recently, a method of exchanging data between a sensor and a server through wireless communication has been applied. According to the wireless communication method, a battery is disposed in the axle assembly and data detection, signal conversion, and wireless communication are performed using the power of the battery.
  • An embodiment of the present invention provides a generator-integrated cover assembly for a railway vehicle capable of supplying power for data detection, signal conversion, and wireless communication by integrally forming a generator capable of generating electricity using the rotation of an axle in an axle assembly want to
  • Another embodiment of the present invention is to provide an axle assembly including the cover assembly.
  • Another embodiment of the present invention is to provide a cover assembly and an axle assembly that are easy to be mounted on a railway vehicle.
  • Another embodiment of the present invention is to provide a cover assembly and an axle assembly that facilitate replacement of failed parts.
  • a cover assembly includes an axle that rotates using power transmitted from a power source, a housing surrounding one end of the axle, and one end of the axle and the housing disposed between the housing to accommodate the axle. It may be installed on an axle assembly including a bearing for rotatably supporting with respect to the .
  • the cover assembly may include a bearing cover having a space therein; a generator operatively connected to the axle to rotate with the axle and a stator to radially surround the rotor while maintaining a predetermined gap radially with the rotor; a printed circuit board (PCB) electrically connected to the generator to apply an input to the stator and receive an output from the rotor; at least one sensor mounted on the PCB and configured to detect at least one physical quantity of the axle assembly; and a wireless antenna mounted on the bearing cover and capable of wirelessly transmitting data corresponding to at least one physical quantity detected by the at least one sensor, wherein the generator, the PCB, and the at least one sensor include a bearing cover It can be located within the space where
  • the at least one sensor includes: an acceleration sensor for measuring an acceleration of the axle assembly; and a temperature sensor for measuring the temperature of the axle assembly.
  • the cover assembly is mounted on the PCB, the power control system for controlling the input applied to the stator and the output of the rotor; a battery mounted on the PCB and charged by receiving the output of the rotor through the power control system; And it is mounted on the PCB, it may further include a wireless communication module that enables data exchange through wireless communication.
  • the rotor may be equipped with an encoder rotating together with the rotor
  • the stator may be equipped with an encoder sensor for detecting the rotation of the encoder
  • the cover assembly may include a ground cover mounted on one side of the bearing cover; And it may further include a ground rotor connected to one end of the axle, rotating together with the axle, and extending into the ground cover through the bearing cover.
  • the rotor and the stator may be adapted to generate more than 10W of power.
  • the at least one sensor may be configured to detect at least one physical quantity of the axle assembly at a sampling rate of 10 KHz or greater.
  • the cover assembly is mounted to the stator and further comprises a holder electrically connecting the PCB to the generator, the PCB being mountable to the holder.
  • the holder may include first and second holders detachably coupled to each other, and the PCB may be disposed between the first and second holders and mounted to the holder by coupling of the first and second holders.
  • the first holder includes first and second projections spaced apart from each other in a radial direction and protruding to one side in the axial direction, respectively, the PCB is disposed between the first and second projections, and the second holder includes the first, 2 Can be joined to the protrusion.
  • the PCB may be detachably mounted to the holder.
  • the cover assembly may further include a protective layer mounted on the PCB.
  • the PCB may be divided into at least two or more functional modules to be detachably mounted on the holder.
  • the holder further includes at least two spokes connecting between the first and second protrusions, and the PCB is divided into at least two or more functional modules to be formed by the first and second protrusions and the ribs. It can be detachably mounted in the space.
  • a protective layer mounted on the PCB may be further included, and a filler dam may be disposed between the protective layer and the edge and flesh of the second holder.
  • the axle assembly may include a cover assembly according to an embodiment of the present invention, and a holder mounted on the stator and electrically connecting the PCB to the generator.
  • the PCB may be mounted on the holder.
  • the axle assembly includes an axially extending extension operatively connected to one end of the axle; a bearing cover coupled to the holder and having a generator and a PCB disposed therein; an axle housing mounted on an inner circumferential surface of one end of the housing; And it further includes a connection adapter for mounting the holder to the axle housing, the extension and the rotor of the generator may be spline-coupled.
  • One end of the extension may pass through the bearing cover without rotational interference with the bearing cover.
  • the axle assembly includes a mounted speed plate mounted to one end of the extension; And it may further include a speed sensor housing mounted on one end of the axle housing.
  • the axle assembly may include a mounted ground rotor mounted on one end of the extension; And it may further include a ground cover mounted on one end of the axle housing.
  • the axle assembly may include: a gear box for changing the rotational speed of power of a power source through a plurality of gears and transmitting the changed power to the axle; a gearbox sensor module configured to detect at least one of acceleration, rotational speed, and temperature of the plurality of gears; And it may further include a wired connector mounted on the bearing cover and connected to the PCB to supply power.
  • the measured value of the gear box sensor module may be transmitted to the PCB wirelessly through the wireless antenna or by wire through the wired connector.
  • a generator capable of generating electricity using the rotation of the axle may be integrally formed with the axle assembly to supply power for data detection, signal conversion, and wireless communication. Accordingly, sufficient data for frequency analysis can be secured, and an abnormality of the axle assembly can be diagnosed in real time.
  • the wire harness can be simplified by adopting a wireless communication method.
  • the PCB By assembling the PCB to the cover assembly through the holder, the PCB can be protected from external impact.
  • the PCB is divided into a plurality of functional modules and assembled in the cover assembly, only the malfunctioning functional module can be separated from the cover assembly and replaced. Accordingly, replacement of parts is easy and maintenance costs can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an axle assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a partial configuration of an axle assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a partial configuration of an axle assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a cover assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic front view of a cover assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic front view of a cover assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a portion of a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is a schematic front view of a cover assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows a portion of a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 9 .
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a partial configuration of an axle assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a partial configuration of an axle assembly according to another embodiment of the present invention.
  • vehicle or “of a vehicle” or other similar terms refer to passenger cars, buses, trucks, various commercial vehicles, including sports utility vehicles (SUVs) as well as rail vehicles. It is understood to include vehicles.
  • SUVs sports utility vehicles
  • control unit eg, electronic control units (ECUs), etc.
  • controller or control server
  • the terms “control unit”, “controller”, or “control server” may refer to a hardware device comprising a memory and a processor.
  • the memory is configured to store program instructions
  • the processor is specifically programmed to execute the program instructions to perform one or more processes described in more detail below.
  • a control unit, controller, or control server may control the operation of units, modules, parts, devices, or the like, as described herein.
  • the methods below may be executed by an apparatus comprising a control unit or controller together with one or more other components, as will be appreciated by those skilled in the art.
  • control unit, controller, or control server of the present disclosure may be implemented as a non-transitory computer-readable recording medium including executable program instructions executed by a processor.
  • Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, compact disk (CD) ROM, magnetic tapes, floppy disks, flash drives, smart cards, and optical data storage devices, However, the present invention is not limited thereto.
  • the computer readable recording medium may also be distributed throughout a computer network so that program instructions can be stored and executed in a distributed manner, for example, in a telematics server or a controller area network (CAN).
  • CAN controller area network
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the railway vehicle 1 includes a plurality of vehicles connected to each other.
  • the vehicle is designed to load passengers or cargo, and a plurality of bogies 10 are installed under the vehicle to enable the vehicle to move on the track.
  • An engine room may be formed in one of the plurality of vehicles, and the control server 200 may be disposed in the engine room.
  • a truck 10 typically consists of two or three axle assemblies 100 and supports a vehicle body.
  • the bogie 10 includes a bogie frame, an axle assembly 100 mounted on the bogie frame, a shock absorber, a braking device, a traction motor, and the like. Since the bogie 10 is well known to those skilled in the art, further detailed description thereof will be omitted.
  • the control server 200 controls the operation of the railway vehicle 1 and monitors components included in the railway vehicle 1 .
  • the control server 200 receives a signal corresponding to a physical quantity of the axle assembly 100 from at least one sensor included in the axle assembly 100, and based on the received signal, the axle assembly 100 ) may be configured to diagnose the condition.
  • the control server 200 receives a signal corresponding to the physical quantity of the gear box 110 from at least one sensor installed in the gear box 110 (refer to FIG. 2), and based on the received signal, the gear box ( 110) and the state of the line may be diagnosed.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an axle assembly according to an embodiment of the present invention
  • axle assembly 100 includes axle 102 .
  • the axle 102 is connected to a power source (eg, a traction motor, etc.) and rotates by receiving power from the power source.
  • a power source eg, a traction motor, etc.
  • a gear box 110 may be disposed between the power source and the axle 102 .
  • the gear box 110 includes a plurality of gears, and the plurality of gears are meshed with each other to change the rotational speed of the power of the power source, and transmit the changed power to the axle 102 .
  • a gear box sensor module 112 is mounted on the gear box 110, and the gear box sensor module 112 is configured to detect at least one of acceleration, rotation speed, and temperature of the plurality of gears.
  • the control server 200 may diagnose the state of the gearbox 110 based on the physical quantity of the gearbox 110 detected by the gearbox sensor module 112 .
  • Wheels 104 are fixedly mounted on both sides of the axle 102 .
  • Wheel 104 may be secured to axle 102 in a variety of ways, such as press fit, weld, spline, and the like.
  • Each of the wheels 104 may be rotatably disposed on the track.
  • the axle 102 rotates by receiving power from the power source, the wheel 104 rotates on the track. Accordingly, the railway vehicle 1 can move.
  • Bearings 120 are mounted at both ends of the axle 102 . Each of the bearings 120 rotatably supports the axle 102 with respect to the vehicle body.
  • the bearing 120 includes an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements.
  • the inner ring is fixed to the axle 102 and rotates with the axle.
  • the outer ring surrounds the inner ring outside the radius of the inner ring and is fixed to the vehicle body.
  • the plurality of rolling elements are rotatably disposed between the inner ring and the outer ring. The plurality of rolling elements allow the inner ring to rotate relative to the outer ring.
  • a cover assembly 130 is mounted at both ends of the axle 102 .
  • the cover assembly 130 primarily prevents foreign substances such as water or dust from entering the bearing 120 .
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a partial configuration of an axle assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the axle assembly 100 further includes a housing 140 surrounding the axle 102 .
  • the housing 140 may be formed separately from the vehicle body and connected to the vehicle body, or may be formed integrally with the vehicle body.
  • a bearing 120 is disposed between the housing 140 and the axle 102 .
  • the inner ring of the bearing 120 is fixed to the axle 102 by various methods such as press-fitting and welding, and the outer ring of the bearing 120 is fixed to the vehicle body or the housing 140 by various methods such as press-fitting and welding.
  • a plurality of rolling elements are disposed between the inner ring and the outer ring.
  • the axle assembly 100 includes a cover assembly 130 mounted between the housing 140 or the vehicle body and the axle 102 .
  • the cover assembly 130 allows the axle 102 to rotate with respect to the housing 140 or the vehicle body.
  • the cover assembly 130 is connected to one end of the housing 140 to prevent foreign substances such as dust or moisture from being introduced into the housing 140 .
  • the cover assembly 130 may be detachably mounted to the housing 140 .
  • the cover assembly 130 may be connected to the axle 102 through an extension 132 .
  • the extension 132 is operatively connected to the axle 102 and extends axially.
  • the inside of the cover assembly 130 includes a rotatable portion connected to the axle 102 and a fixed portion connected to the housing 140 .
  • the cover assembly 130 further includes a bearing cover 150 as a fixed part.
  • the bearing cover 150 is directly or indirectly connected to the housing 140 , and a space in which parts can be disposed is formed.
  • the cover assembly 130 may further include an axle sensor unit 160 disposed inside the bearing cover 150 and a wireless antenna 162 mounted on the bearing cover 150 .
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a partial configuration of an axle assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the axle assembly 130 ′ according to another embodiment of the present invention further includes a ground rotor 172 and a ground cover 170 .
  • the ground rotor 172 is connected to one end of the extension part 132 and is rotatable together with the extension part 132 .
  • One end of the ground rotor 172 passes through the bearing cover 150 and is positioned inside the ground cover 170 .
  • the ground rotor 172 is electrically connected to the ground cover 170 through a brush installed therein.
  • the ground cover 170 is mounted on one surface of the bearing cover 150 , the housing 140 , or a separate structure connected to the housing 140 or the bearing cover 150 .
  • the railway vehicle 1 constitutes an electric circuit having a collector (pantograph) as a (+) pole and a track as a (-) pole. Since the bearing 120 is disposed between the vehicle body electrically connected to the collector and the wheel 104 electrically connected to the track, the collector, the vehicle body, the track, the wheel 104, the axle 102, and the bearing 120 are disposed. will form a closed circuit. However, when high-voltage electricity flows through the bearing 120, the contact area between the inner ring, the outer ring, and the rolling element is small, and sparks or electrical corrosion occur at the contact point. To prevent this, electricity must be directly passed from the ground rotor 172 rotating together with the axle 102 to the ground cover 170 through the brush.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a cover assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic front view of a cover assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the cover assembly 130 includes an axle sensor unit 160 and a generator 180 in a bearing cover 150 .
  • the generator 180 includes a rotor 182 and a stator 184 .
  • the rotor 182 is fixed to the extension 132 of the axle 102 and is rotatable together with the axle 102 .
  • the stator 184 maintains a certain gap with the rotor 182 in the radial direction and surrounds the rotor 184 from the outside in the radial direction. Accordingly, the stator 184 and the rotor 182 face each other in the radial direction.
  • a coil is wound around the rotor 182 and the stator 184, respectively, and when a current is applied to the coil of the stator 184 to form a magnetic field, a current is induced in the coil of the rotor 184 rotating within the magnetic field. do.
  • the rotor 184 is fixed to the extension part 182 , the present invention is not limited thereto.
  • the rotor 184 may be directly fixed to the axle 102 according to the size and power generation capacity of the bearing cover 150 . It should be understood that the phrase 'fixed to the axle 102' in this specification and claims includes both being fixed to the axle 102 directly or fixed to the extension 132 connected to the axle 102.
  • an encoder 183 may be mounted on an outer peripheral surface of the rotor 182 , and an encoder sensor 185 may be mounted on the stator 184 .
  • the encoder 183 has N poles and S poles alternately arranged in the circumferential direction, and the encoder sensor 185 faces the encoder 183 with a set air gap, which occurs when the encoder 183 rotates. Detect changes in the magnetic field. Accordingly, the encoder sensor 185 may detect the rotational speed of the encoder 183 , that is, the rotational speed of the axle 102 .
  • At least one printed circuit board is mounted on the outer periphery of the stator 184 .
  • the PCB 186 is electrically connected to the stator 184 and the rotor 182 . Accordingly, the PCB 186 may apply an input (eg, current) to the stator 184 and receive an output (eg, current) from the rotor 182 . Also, the PCB 186 may be electrically connected to the encoder sensor 185 to receive a signal corresponding to the rotation speed of the axle 102 detected by the encoder sensor 185 .
  • An axle sensor unit 160 including an acceleration sensor 192 and a temperature sensor 194 is mounted on the PCB 186 .
  • the acceleration sensor 192 may be a three-axis acceleration sensor capable of measuring acceleration in the x-axis, y-axis, and z-axis directions of the axle 102 or the axle assembly 100 .
  • the temperature sensor 194 may measure the temperature of the axle 102 or axle assembly 100 .
  • the axle sensor unit 160 further includes a power control system 197 mounted on a PCB 186 , a battery 198 , and a wireless communication unit 199 .
  • the power control system 197 may control an input applied to the stator 184 and an output of the rotor 182 . That is, the power control system 197 can control the current applied to the stator 184 and receive the current from the rotor 182 to charge the battery 198 . In addition, the power control system 197 supplies power from the battery 198 to the encoder sensor 185 , the acceleration sensor 192 , and the temperature sensor 194 so that the sensors 185 , 192 , and 194 are connected to the axle assembly. (100) makes it possible to detect a physical quantity. In addition, the power control system 197 supplies power from the battery 198 to the wireless communication unit 199 to enable wireless communication with the control server 200 or the surrounding axle assembly 100 .
  • the battery 198 may charge electricity generated by the generator 180 under the control of the power control system 197 and supply electricity to each component of the axle sensor unit 160 .
  • the battery 198 may be a secondary battery capable of charging and discharging.
  • the wireless communication unit 199 converts the physical quantity detected by the encoder sensor 185, the acceleration sensor 192, and the temperature sensor 194 into a signal capable of wireless communication, and converts the converted signal to, for example, Bluetooth, It enables wireless communication with the control server 200 or the surrounding axle assembly 100 through a wireless communication protocol such as Zigbee, Wi-Fi, or LTE.
  • the signal converted by the wireless communication unit 199 is transmitted to the control server 200 or the surrounding axle assembly 100 through the wireless antenna 162 .
  • a signal may be received from the surrounding axle assembly 100 , the control server 200 , or the gear box sensor module 112 through the wireless antenna 162 .
  • a wired connector 163 may be further installed on the bearing cover 150 .
  • the wired connector 163 is electrically connected to components on the PCB 186 to transmit/receive application of external power and data, or is wired to the gear box sensor module 112 included in the axle assembly 100 . to apply power to the gear box sensor module 112 or transmit/receive a signal to the gear box sensor module 112 .
  • the generator 180 mountable in the bearing cover 150 may generate power of about 10W or more when considering the dimensions of the bearing cover 150 and the average rotational speed of the axle 102 .
  • the three-axis acceleration (or vibration) (75,000 data) of the axle assembly 100, the temperature of the axle assembly 100 (one data), and the axle at a sampling rate of 25 KHz or higher per second It can measure the rotation speed (one data) of 102 and transmit 75,002 data by wireless communication.
  • data In order to analyze the frequency using the vibration of the axle assembly 100, data must be sampled at a sampling rate of at least 10KHz or more, preferably 12.5KHz.
  • the generator ( 180), data sample and wireless communication are possible at a sampling rate of 25KHz or higher, so sufficient data for frequency analysis can be obtained.
  • the generator 180 and the axle sensor unit 160 including the sensors 185, 192, 194 are all arranged in the bearing cover 150, and the generator 180 is The extension part 132 connected to the rotor 182 protrudes to the outside of the bearing cover 150 . Accordingly, when the bearing cover 150 is connected to the housing 140 and the extension part 132 is connected to the axle 102 , the cover assembly 130 according to the embodiment of the present invention can be installed on the axle 102 . Accordingly, it is possible to apply the cover assembly 130 according to the embodiment of the present invention without making a special change to the axle assembly of the existing railway vehicle.
  • data detected by one axle assembly 100 may be transmitted to the other axle assembly 100 close to the control server 200 through wireless communication.
  • the axle assembly 100 closest to the control server 200 can transmit all of the data for each axle assembly 100 to the control server 200 via wireless communication. Accordingly, it is possible to reduce power consumption for wireless communication, and it is possible to reduce the capacity of the generator 180 .
  • FIG. 7 is a schematic front view of a cover assembly according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 shows a portion of a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 7 .
  • the cover assembly 130 according to another embodiment of the present invention includes a generator 180 and an axle sensor unit 160, and the axle sensor unit 160 is a holder ( It may be mounted on the stator 184 of the generator 180 through the 300).
  • the holder 300 may be an annular shape surrounding the generator 180 . In this case, the holder 300 may be mounted on the stator 184 . In another example, the holder 300 is annular surrounding the axle 102 and may be disposed on one side of the generator 180 . In this case, the holder 300 may be mounted on one side of the stator 184 .
  • the holder 300 includes first and second holders 302 and 304 that are detachably coupled to each other.
  • the first holder 302 has an annular disc shape and includes an outer circumferential surface and an inner circumferential surface.
  • the outer diameter of the first holder 302 is smaller than the inner diameter of the housing 140 so that the axle sensor unit 160 is mounted in the housing 140, and the inner diameter of the first holder 302 is the generator 180 or the axle 102. Larger than the outer diameter of the first holder 302 may surround the generator 180 or the axle 102 .
  • the first holder 302 has first and second protrusions 314 and 316 that are radially spaced apart from each other and protrude to one side in the axial direction, respectively.
  • a PCB 186 is disposed between the first and second protrusions 314 and 316 .
  • the second holder 304 has an annular disc shape, and has a size corresponding to the first and second protrusions 314 and 316 . After placing the PCB 186 between the first and second protrusions 314 and 316, the second holder 304 is coupled to the first and second protrusions 314 and 316 to attach the PCB 186 to the holder 300. can be installed on
  • the holder 300 may electrically connect the generator 180 and the axle sensor unit 160 .
  • the holder 300 includes a first connector to which the generator 180 is electrically connected, a second connector to which the PCB 186 is electrically connected, and the first connector and the second connector to electrically connect the It may include internal conductors. Accordingly, when the PCB 186 is mounted on the holder 300 , the connector pin of the PCB 186 is coupled to the second connector of the holder 300 , thereby making an electrical connection between the holder 300 and the PCB 186 . This can be established.
  • the connector pin of the generator 180 is coupled to the first connector of the holder 300, whereby the PCB 186 and An electrical connection between the generators 180 may be established.
  • the generator 180 and the axle sensor unit 160 may be connected wirelessly.
  • the holder 300 protects the axle sensor unit 160 including the PCB 186 from external impact. That is, by mounting the thin plate-shaped PCB 186 to the generator 180 through the holder 300, the PCB 186 and the axle sensor unit 160 mounted thereon are protected from external impact.
  • the holder 300 may further include a protective layer 310 mounted on the PCB 186 to further protect the PCB 186 .
  • a protective layer 310 may be formed on the PCB 186 using silicon, epoxy, or the like.
  • a protective layer 310 may be formed on the holder 300 with silicon or epoxy, and the PCB 186 may be mounted thereon. there is.
  • first holder 302 and the second holder 304 may be screwed together.
  • screw holes 306 and 308 may be formed in the first and second protrusions 314 and 316 and the second holder 304 at corresponding positions, respectively.
  • first and second holders 302 and 304 are exemplified by screw coupling, but the coupling of the first and second holders 302 and 304 is not limited thereto.
  • Various coupling methods capable of detachably coupling the first and second holders 302 and 304 to each other may be applied. By detachably coupling the first and second holders 302 and 304 to each other, when the axle sensor unit 160 fails, the axle sensor unit 160 can be easily replaced.
  • the PCB 186 is divided into at least two or more functional modules to be attached to the holder 300. can be mounted
  • FIG. 9 is a schematic front view of a cover assembly according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows a portion of a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 9 .
  • the PCB 186 is divided into four functional modules, for example, a wireless communication module 186a, a power module 186b, an operation module 186c, and a sensor module 186d.
  • a wireless communication module 186a can be any suitable wireless communication module.
  • a power module 186b can be any suitable power supply module.
  • an operation module 186c can be any suitable operation module.
  • a sensor module 186d can be any suitable sensor module 186d.
  • the wireless communication module 186a includes a wireless communication unit 199 and a circuit supporting the same
  • the power module 186b includes a power control system 197, a battery 198, and a circuit supporting the same
  • the operation module 186c includes a wireless communication module 186a, a power module 186b, and a circuit supporting the sensor module 186d
  • the sensor module 186d includes an encoder sensor 185 and an acceleration sensor 192 ), a temperature sensor 194, and a circuit supporting the same.
  • the holder 300 connects between the first and second protrusions 314 and 316 so as to easily separate the respective functional modules 186a, 186b, 186c, and 186d from the holder 300. It further includes at least two spokes 313 dividing between the respective functional modules 186a, 186b, 186c, 186d and forming spaces in which each of the functional modules 186a, 186b, 186c, 186d can be mounted. 9 illustrates four functional modules 186a, 186b, 186c, and 186d and four ribs 313, but the number of functional modules and the number of ribs is not limited to four. For example, when two functional modules are provided, the number of flesh 313 may be two.
  • the protective layer 310 and the holder 300 (for example, the edge and flesh of the second holder 304) so as to easily separate the respective functional modules (186a, 186b, 186c, 186d) from the holder (300).
  • a filler dam 312 may be disposed between 313 , etc.). The filler dam 312 connects the protective layer 310 and the holder 300 so that the protective layer 310 (attached on each functional module) is easily separated from the holder 300 .
  • a protective layer 310 and respective functional modules 186a , 186b , 186c and 186d are attached to the second holder 304 .
  • the functional module to be replaced and the protective layer 310 attached to the functional module. can be separated from the second holder 304 . Thereafter, the new function module is placed on the first holder 302 and the second holder 304 is coupled to the first holder 302 . Thereafter, the functional module is replaced by attaching the filler dam 312 to the edge and the flesh 313 of the second holder 300 and forming the protective layer 310 on the functional module. Therefore, it is easy to replace the functional module. In addition, since only the malfunctioning function module needs to be replaced, maintenance costs can be reduced.
  • the holder 300 may include an electrical connection means for electrically connecting each of the functional modules 186a , 186b , 186c , and 186d of the PCB 186 and the generator 180 .
  • the electrical connection means may be a connector and a connector pin.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a partial configuration of an axle assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a partial configuration of an axle assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the axle assembly 100 shown in FIG. 11 further includes an axle housing 320 , a vehicle speed sensor 330 , a connection adapter 340 , and a speed sensor housing 350 .
  • the extension 132 is connected to the axle 102 . That is, the extension 132 is disposed at one end of the axle 102 and the axle 102 and the extension 132 are coupled with a coupling means such as a bolt 134 .
  • a spline 135 may be formed at a set position of the extension part 132 .
  • the generator 180 and the axle sensor unit 160 connected to each other through the holder 300 are coupled to the axle housing 320 .
  • the generator 180 and the axle sensor unit 160 are disposed in a bearing cover 150 , and the bearing cover 150 is connected to the holder 300 .
  • the axle housing 320 has a substantially cylindrical shape, and the generator 180 and the axle sensor unit 160 are mounted on the inner circumferential surface of the axle housing 320 .
  • the connection adapter 340 is for connecting the holder 300 connecting the generator 180 and the axle sensor unit 160 to the axle housing 320 .
  • the connection adapter 340 includes a cylindrical portion 342 and a disk portion 344 .
  • the cylindrical portion 342 is coupled to the inner peripheral surface of the axle housing 320 by a coupling means such as a bolt 346
  • the disk portion 344 is coupled to the holder 300 by a coupling means such as a bolt 346 .
  • the axle sensor unit 160 is coupled to the generator 180 through the holder 300
  • the disk part 344 of the connection adapter 340 is coupled to the holder 300 .
  • the cylindrical portion 342 of the connection adapter 340 is coupled to the inner circumferential surface of the axle housing 320 .
  • the axle housing 320 is mounted on the inner circumferential surface of the housing 140 .
  • the axle housing 320 may be press-fitted into the housing 140 or may be coupled with a coupling means such as bolts.
  • the generator 180 is operatively connected to the extension part 132 .
  • splines 136 are formed on the inner circumferential surface of the rotor 182 of the generator 180 , and the splines 136 of the rotor 182 are spline-coupled with the splines 135 of the extension part 132 .
  • the bearing cover 150 forms a predetermined gap with the outer peripheral surface of one end of the extension part 132 .
  • One end of the extension part 132 passes through the bearing cover 150 without rotational interference with the bearing cover 150 .
  • the speed plate 330 is mounted on one end of the extension part 132 .
  • the speed plate 330 has speed values 332 formed at equal intervals on its outer peripheral surface, and the speed values 332 may generate a change in current proportional to the rotation speed in a speed sensor (not shown).
  • the speed plate 330 is disposed without rotational interference with the bearing cover 150 , and is fixed to the extension part 132 by a coupling means such as a bolt 334 . Accordingly, the speed plate 330 is rotatable together with the extension part 132 .
  • the speed sensor housing 350 is mounted on one end of the axle housing 320 .
  • the axle assembly 100 shown in FIG. 12 further includes an axle housing 320 , a grounding rotor 172 , and a connecting adapter 340 .
  • the extension 132 is connected to the axle 102 . That is, the extension 132 is disposed at one end of the axle 102 and the axle 102 and the extension 132 are coupled with a coupling means such as a bolt 134 .
  • a spline 135 may be formed at a set position of the extension part 132 .
  • the axle housing 320 has a substantially cylindrical shape, and the generator 180 and the axle sensor unit 160 are mounted on the inner circumferential surface of the axle housing 320 .
  • the connection adapter 340 is for connecting the holder 300 connecting the generator 180 and the axle sensor unit 160 to the axle housing 320 .
  • the connection adapter 340 includes a cylindrical portion 342 and a disk portion 344 .
  • the cylindrical portion 342 is coupled to the inner peripheral surface of the axle housing 320 by a coupling means such as a bolt 346
  • the disk portion 344 is coupled to the holder 300 by a coupling means such as a bolt 346 .
  • the axle sensor unit 160 is coupled to the generator 180 through the holder 300 , and the disk part 344 of the connection adapter 340 is coupled to the holder 300 . Thereafter, the cylindrical portion 342 of the connection adapter 340 is coupled to the inner circumferential surface of the axle housing 320 .
  • the axle housing 320 is mounted on the inner circumferential surface of the housing 140 .
  • the axle housing 320 may be press-fitted into the housing 140 or may be coupled with a coupling means such as bolts.
  • the generator 180 is operatively connected to the extension part 132 .
  • splines 136 are formed on the inner circumferential surface of the rotor 182 of the generator 180 , and the splines 136 of the rotor 182 are spline-coupled with the splines 135 of the extension part 132 .
  • the bearing cover 150 forms a predetermined gap with the outer peripheral surface of one end of the extension part 132 .
  • One end of the extension part 132 passes through the bearing cover 150 without rotational interference with the bearing cover 150 .
  • the ground rotor 172 is mounted on one end of the extension part 132 .
  • the ground rotor 172 is conducted to the axle housing 320 through a brush installed therein.
  • the ground rotor 172 is fixed to the extension 132 by a coupling means such as a bolt 174 . Accordingly, the ground rotor 172 is rotatable together with the extension part 132 .
  • ground cover 170 is mounted on one end of the axle housing 320 .

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Abstract

커버 조립체가 개시된다. 커버 조립체는 동력원으로부터 전달받은 동력을 이용하여 회전하는 차축과, 상기 차축의 일단부를 둘러싸는 하우징과, 상기 차축의 일단부와 하우징 사이에 배치되어 상기 차축을 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함하는 차축 조립체에 설치될 수 있다. 차축의 회전을 이용하여 전기를 생성할 수 있는 발전기를 차축 조립체에 일체로 형성하여 데이터 검출, 신호 변환, 무선 통신을 위한 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라, 주파수 분석을 위한 충분한 데이터를 확보할 수 있고, 차축 조립체의 이상을 실시간으로 진단할 수 있다.

Description

철도 차량용 발전기 일체형 커버 조립체 및 이를 포함하는 차축 조립체
본 발명은 철도 차량용 발전기 일체형 커버 조립체 및 이를 포함하는 차축 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차축의 회전을 이용하여 생성한 전기를 차축 조립체의 물리량을 검출하는 적어도 하나의 센서에 공급함으로써 주파수 분석을 위한 충분한 데이터를 확보하는 것이 가능한 철도 차량용 발전기 일체형 커버 조립체 및 이를 포함하는 차축 조립체에 관한 것이다.
현재 철도 차량에 사용되는 부품들은 주기적으로 진단되고, 진단 시 이상이 발견된 경우 수리나 교체를 하고 있다. 그러나, 철도 시스템은 대량 수송 체계이므로 철도 시스템에서 사고가 발생하는 경우 대형 사고가 될 가능성이 높다. 철도 차량에서 발생된 사고를 예방하기 위하여, 차축 조립체는 주요한 모니터링 대상이다.
진단 대상의 결함 가능성은 열, 소리, 진동 등을 통하여 확인될 수 있다. 열이나 소리를 이용한 진단 방법은 사용자가 진단 대상의 결함을 용이하게 식별할 수 있는 반면, 진단 대상의 결함이 상당히 진행된 후에야 진단 대상의 결함을 식별할 수 있다. 진동을 이용한 진단 방법은 가장 빨리 진단 대상의 결함 가능성을 예측할 수 있기 때문에 종래에는 주로 진동을 이용한 진단 방법을 많이 사용하였다.
그러나, 진동을 이용한 진단 방법을 사용하기 위해서는 데이터의 샘플링 시간을 매우 짧게 설정하고 데이터를 수집해야 하므로, 데이터의 샘플링을 위한 전력 소모가 매우 크다.
일반적으로, 철도 차량의 경우 복수개의 차량이 서로 연결되어 있으며, 하나의 기관차에 의하여 그 운행이 제어된다. 상기 복수개의 차량 각각에는 복수개의 차축 조립체가 장착된다. 복수개의 차축 조립체의 물리량을 검출하기 위한 센서에 유선으로 전원을 공급하고 상기 센서로부터 유선으로 데이터를 수신하게 되면, 와이어 하니스(wire harness)가 복잡하고 고장이 빈번히 발생할 수 있다. 이에 따라, 최근에는 무선 통신을 통하여 센서와 서버가 데이터를 주고 받는 방식이 적용되고 있다. 무선 통신 방식에 의하면, 차축 조립체에 배터리를 배치하고 배터리의 전원을 이용하여 데이터 검출, 신호 변환, 무선 통신을 수행하고 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 진동을 이용한 진단 방법을 사용하기 위해서는 데이터의 샘플링을 위한 전력 소모가 매우 크기 때문에, 용량이 큰 배터리를 사용하여야 한다. 그러나, 차축 조립체의 설치 공간이 제한적이어서 충분한 용량을 가진 배터리를 사용하지 못하였다. 이에 따라, 1시간에 한 번 정도 모니터링이 가능하였으며, 고장 진단을 위한 충분한 데이터를 얻기 힘들었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 차축의 회전을 이용하여 전기를 생성할 수 있는 발전기를 차축 조립체에 일체로 형성하여 데이터 검출, 신호 변환, 무선 통신을 위한 전력을 공급할 수 있는 철도 차량용 발전기 일체형 커버 조립체를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예는 상기 커버 조립체를 포함하는 차축 조립체를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 철도 차량에 장착이 용이한 커버 조립체 및 차축 조립체를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 고장이 난 부품들의 교체를 용이하게 하는 커버 조립체 및 차축 조립체를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 커버 조립체는 동력원으로부터 전달받은 동력을 이용하여 회전하는 차축과, 상기 차축의 일단부를 둘러싸는 하우징과, 상기 차축의 일단부와 하우징 사이에 배치되어 상기 차축을 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함하는 차축 조립체에 설치될 수 있다.
상기 커버 조립체는 그 내부에 공간이 형성된 베어링 커버; 상기 차축에 작동적으로 연결되어 상기 차축과 함께 회전하는 로터와, 상기 로터와 경방향으로 일정 갭을 유지하며 상기 로터를 경방향으로 둘러싸는 스테이터를 포함하는 발전기; 상기 발전기에 전기적으로 연결되어 스테이터에 입력을 인가하고 로터로부터 출력을 받는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB); 상기 PCB 상에 장착되어 있으며, 차축 조립체의 적어도 하나의 물리량을 검출하는 적어도 하나의 센서; 그리고 상기 베어링 커버에 장착되며, 상기 적어도 하나의 센서에서 검출한 적어도 하나의 물리량에 대응하는 데이터를 무선으로 전송 가능한 무선 안테나를 포함하며, 상기 발전기, PCB, 그리고 적어도 하나의 센서는 베어링 커버가 형성하는 공간 내에 위치할 수 있다.
상기 적어도 하나의 센서는 상기 차축 조립체의 가속도를 측정하는 가속도 센서; 그리고 상기 차축 조립체의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다.
상기 커버 조립체는 상기 PCB 상에 장착되어 있으며, 상기 스테이터에 인가되는 입력과, 상기 로터의 출력을 제어하는 전력 제어 시스템; 상기 PCB 상에 장착되어 있으며, 상기 전력 제어 시스템을 통하여 상기 로터의 출력을 받아 충전되는 배터리; 그리고 상기 PCB 상에 장착되어 있으며, 무선 통신을 통한 데이터 교환을 가능하게 하는 무선 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
일부 양상에서, 상기 로터에는 상기 로터와 함께 회전하는 엔코더가 장착되고, 상기 스테이터에는 상기 엔코더의 회전을 검출하는 엔코더 센서가 장착될 수 있다.
일부 양상에서, 상기 커버 조립체는 상기 베어링 커버의 일측에 장착되는 접지 커버; 그리고 상기 차축의 일단에 연결되어 차축과 함께 회전하며, 상기 베어링 커버를 관통하여 상기 접지 커버 내로 연장되는 접지 로터를 더 포함할 수 있다.
상기 로터와 상기 스테이터는 10W 이상의 전력을 생성하도록 되어 있을 수 있다.
상기 적어도 하나의 센서는 10KHz 이상의 샘플링 레이트로 차축 조립체의 적어도 하나의 물리량을 검출하도록 되어 있을 수 있다.
일부 양상에서, 상기 커버 조립체는 상기 스테이터에 장착되며, 상기 PCB를 상기 발전기에 전기적으로 연결하는 홀더를 더 포함하며, 상기 PCB는 상기 홀더에 장착될 수 있다.
상기 홀더는 서로 탈착 가능하게 결합되는 제1, 2홀더를 포함하며, 상기 PCB는 상기 제1, 2홀더 사이에 배치되어 상기 제1, 2홀더의 결합에 의하여 상기 홀더에 장착될 수 있다.
상기 제1홀더는 서로 경방향으로 이격되며 각각 축방향 일측으로 돌출된 제1, 2돌출부를 포함하며, 상기 PCB는 상기 제1, 2돌출부 사이에 배치되고, 상기 제2홀더는 상기 제1, 2돌출부에 결합할 수 있다.
상기 PCB는 상기 홀더에 탈착 가능하게 장착될 수 있다.
상기 커버 조립체는 상기 PCB 상에 장착되는 보호층을 더 포함할 수 있다.
일부 양상에서, 상기 PCB는 적어도 두 개 이상의 기능 모듈로 분할되어 상기 홀더에 탈착 가능하게 장착될 수 있다.
일부 양상에서, 상기 홀더는 상기 제1, 2돌출부 사이를 연결하는 적어도 두 개의 살을 더 포함하고, 상기 PCB는 적어도 두 개 이상의 기능 모듈로 분할되어 상기 제1, 2돌출부와 살에 의하여 형성되는 공간에 탈착 가능하게 장착될 수 있다.
상기 PCB 상에 장착되는 보호층을 더 포함하고, 상기 보호층과 상기 제2홀더의 가장 자리 및 살 사이에는 충진제 댐이 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차축 조립체는 본 발명의 실시예에 따른 커버 조립체와, 상기 스테이터에 장착되며 상기 PCB를 상기 발전기에 전기적으로 연결하는 홀더를 포함할 수 있다. 상기 PCB는 상기 홀더에 장착될 수 있다. 상기 차축 조립체는 상기 차축의 일단부에 작동적으로 연결되며 축방향으로 연장되는 연장부; 상기 홀더에 결합되어 그 내부에 발전기와 PCB가 배치되는 베어링 커버; 상기 하우징의 일단부의 내주면에 장착되는 차축 하우징; 그리고 상기 차축 하우징에 상기 홀더를 장착하기 위한 연결 어답터를 더 포함하고, 상기 연장부와 발전기의 로터는 스플라인 결합할 수 있다.
상기 연장부의 일단은 상기 베어링 커버와 회전 간섭 없이 베어링 커버를 관통할 수 있다.
일부 양상에서, 상기 차축 조립체는 상기 연장부의 일단에 장착되는 장착되는 속도판; 그리고 상기 차축 하우징의 일단에 장착되는 속도 센서 하우징을 더 포함할 수 있다.
일부 양상에서, 상기 차축 조립체는 상기 연장부의 일단에 장착되는 장착되는 접지 로터; 그리고 상기 차축 하우징의 일단에 장착되는 접지 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 차축 조립체는 복수개의 기어를 통하여 동력원의 동력의 회전속도를 변화시키고, 회전속도가 변화된 동력을 상기 차축에 전달하는 기어 박스; 상기 복수개의 기어의 가속도, 회전속도, 그리고 온도 중 적어도 하나를 검출하도록 되어 있는 기어 박스 센서 모듈; 그리고 상기 베어링 커버에 장착되고, 상기 PCB에 연결되어 전원을 공급할 수 있는 유선 커넥터를 더 포함할 수 있다.
상기 기어 박스 센서 모듈의 측정값은 상기 무선 안테나를 통하여 무선으로 또는 상기 유선 커넥터를 통하여 유선으로 PCB에 전달될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 차축의 회전을 이용하여 전기를 생성할 수 있는 발전기를 차축 조립체에 일체로 형성하여 데이터 검출, 신호 변환, 무선 통신을 위한 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라, 주파수 분석을 위한 충분한 데이터를 확보할 수 있고, 차축 조립체의 이상을 실시간으로 진단할 수 있다.
또한, 무선 통신 방식을 채택함으로써 와이어 하니스가 간편해질 수 있다.
또한, 차축 조립체 사이의 무선 통신을 통하여 검출된 데이터를 서버로 순차적으로 전달함으로써 발전기의 용량을 줄일 수 있다.
PCB를 홀더를 통하여 커버 조립체에 조립함으로써 외부의 충격으로부터 PCB를 보호할 수 있다.
PCB를 복수의 기능 모듈들로 분할하여 커버 조립체에 조립하므로, 고장 난 기능 모듈만을 커버 조립체로부터 분리하여 교체할 수 있다. 따라서, 부품의 교체가 용이하고 유지비를 절감할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
본 명세서의 실시예들은 유사한 참조 부호들이 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소를 지칭하는 첨부한 도면들과 연계한 이하의 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 철도 차량을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차축 조립체를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차축 조립체의 일부 구성을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차축 조립체의 일부 구성을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커버 조립체의 구성을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커버 조립체의 개략적인 정면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버 조립체의 개략적인 정면도이다.
도 8은 도 7의 A-A 선을 따라 취해진 단면도의 일부를 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버 조립체의 개략적인 정면도이다.
도 10은 도 9의 B-B 선을 따라 취해진 단면도의 일부를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차축 조립체의 일부 구성을 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차축 조립체의 일부 구성을 도시한 단면도이다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 개시의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 개시의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.
여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. “포함하다” 및/또는 “포함하는”이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.
여기에서 사용되는 바와 같은 "차량" 또는 "차량의"와 같은 용어 또는 다른 유사한 용어는 철도 차량뿐만 아니라 스포츠 유틸리티 차량(sports utility vehicles; SUVs)를 포함하는 승용차들, 버스들, 트럭들, 다양한 상업용 차량들을 포함하는 것으로 이해된다.
추가적으로, 아래의 방법들 또는 이들의 양상들 중 하나 이상은 적어도 하나 이상의 제어 유닛(예를 들어, 전자 제어 유닛(electronic control unit; ECU) 등), 제어기 또는 제어 서버에 의해 실행될 수 있음이 이해된다. "제어 유닛", "제어기", 또는 "제어 서버"라는 용어는 메모리 및 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 지칭할 수 있다. 메모리는 프로그램 명령들을 저장하도록 구성되고, 프로세서는 아래에서 더욱 자세히 설명되는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해 프로그램 명령들을 실행하도록 특별히 프로그래밍된다. 제어 유닛, 제어기, 또는 제어 서버는, 여기에서 기재된 바와 같이, 유닛들, 모듈들, 부품들, 장치들, 또는 이와 유사한 것의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 아래의 방법들은, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 함께 제어 유닛 또는 제어기를 포함하는 장치에 의해 실행될 수 있음이 이해된다.
또한, 본 개시의 제어 유닛, 제어기, 또는 제어 서버는 프로세서에 의해 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 비일시적인 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체로서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체들의 예들은 롬(ROM), 램(RAM), 컴팩트 디스크(CD) 롬, 자기 테이프들, 플로피 디스크들, 플래시 드라이브들, 스마트 카드들 및 광학 데이터 저장 장치들을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능 기록 매체는 또한 컴퓨터 네트워크 전반에 걸쳐 분산되어 프로그램 명령들이, 예를 들어, 텔레매틱스 서버(telematics server) 또는 제어기 영역 네트워크(Controller Area Network; CAN)와 같은 분산 방식으로 저장 및 실행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 철도 차량을 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 철도 차량(1)은 서로 연결된 복수개의 차량을 포함한다. 차량은 승객 또는 화물을 실을 수 있도록 되어 있고, 차량의 하부에는 복수개의 대차(10)가 설치되어 차량이 선로 상에서 움직이는 것을 가능하게 한다. 상기 복수개의 차량 중 하나에는 기관실이 형성되고, 상기 기관실에는 제어 서버(200)가 배치될 수 있다.
대차(truck; 10)는 통상적으로 2개 또는 3개의 차축 조립체(100)로 구성되어 있으며, 차체를 지지하고 있다. 대차(10)는 대차틀과, 상기 대차틀에 장착되는 차축 조립체(100), 완충 장치, 제동 장치, 견인 모터 등을 포함한다. 상기 대차(10)는 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제어 서버(200)는 철도 차량(1)의 동작을 제어하고, 철도 차량(1)에 포함된 구성 부품들을 모니터링한다. 예를 들어, 상기 제어 서버(200)는 차축 조립체(100)에 포함된 적어도 하나의 센서로부터 차축 조립체(100)의 물리량에 대응하는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 기초로 차축 조립체(100)의 상태를 진단하도록 되어 있을 수 있다. 또한, 상기 제어 서버(200)는 기어 박스(110; 도 2 참고)에 설치된 적어도 하나의 센서로부터 기어 박스(110)의 물리량에 대응하는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 기초로 기어 박스(110)의 상태와 선로의 상태를 진단하도록 되어 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차축 조립체를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차축 조립체(100)는 차축(102)을 포함한다. 차축(102)은 동력원(예를 들어, 견인 모터 등)에 연결되어 있으며, 동력원으로부터 동력을 전달 받아 회전한다.
상기 동력원과 차축(102) 사이에는 기어 박스(110)가 배치될 수 있다. 상기 기어 박스(110)는 복수개의 기어를 포함하며, 상기 복수개의 기어는 서로 치합되어 동력원의 동력의 회전속도를 변화시키고, 회전속도가 변화된 동력을 상기 차축(102)에 전달한다. 상기 기어 박스(110)에는 기어 박스 센서 모듈(112)이 장착되어 있으며, 상기 기어 박스 센서 모듈(112)은 상기 복수개의 기어의 가속도, 회전속도, 그리고 온도 중 적어도 하나를 검출하도록 되어 있다. 상기 제어 서버(200)는 기어 박스 센서 모듈(112)에서 검출한 기어 박스(110)의 물리량을 기초로 기어 박스(110)의 상태를 진단할 수 있다.
상기 차축(102)의 양 측부에는 휠(104)이 고정적으로 장착된다. 휠(104)은 압입, 용접, 스플라인 등 다양한 방법으로 차축(102)에 고정될 수 있다. 상기 각 휠(104)은 선로 상에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 동력원의 동력을 전달 받아 차축(102)이 회전하면 휠(104)은 선로 상에서 회전한다. 이에 따라, 철도 차량(1)이 이동할 수 있다.
상기 차축(102)의 양 단부에는 베어링(120)이 장착되어 있다. 상기 각 베어링(120)은 상기 차축(102)을 차체에 대하여 회전 가능하게 지지한다. 상기 베어링(120)은 내륜과, 외륜과, 복수개의 전동체를 포함한다. 상기 내륜은 차축(102)에 고정되어 차축과 함께 회전한다. 상기 외륜은 상기 내륜의 반경 외측에서 상기 내륜을 둘러싸고 있으며, 차체에 고정된다. 상기 복수개의 전동체는 상기 내륜과 외륜 사이에서 회전 가능하게 배치된다. 상기 복수개의 전동체는 상기 외륜에 대하여 상기 내륜이 상대 회전할 수 있도록 한다.
상기 차축(102)의 양 단에는 커버 조립체(130)가 장착되어 있다. 상기 커버 조립체(130)는 상기 베어링(120)에 물이나 먼지 등의 이물질이 들어가는 것을 1차적으로 막아 준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차축 조립체의 일부 구성을 도시한 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차축 조립체(100)는 차축(102)을 감싸는 하우징(140)을 더 포함한다. 상기 하우징(140)은 차체와 별개로 형성되어 차체에 연결되거나, 차체와 일체로 형성될 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 하우징(140)과 상기 차축(102) 사이에는 베어링(120)이 배치되어 있다. 상기 베어링(120)의 내륜은 상기 차축(102)에 압입, 용접 등 다양한 방법으로 고정되어 있으며, 상기 베어링(120)의 외륜은 차체 또는 하우징(140)에 압입, 용접 등 다양한 방법으로 고정되어 있고, 상기 내륜과 외륜 사이에는 복수개의 전동체가 배치된다.
상기 차축 조립체(100)는 상기 하우징(140) 또는 차체와 차축(102) 사이에 장착되는 커버 조립체(130)를 포함한다. 상기 커버 조립체(130)는 하우징(140) 또는 차체에 대하여 차축(102)이 회전 가능하도록 한다. 상기 커버 조립체(130)는 상기 하우징(140)의 일단에 연결되어 상기 하우징(140) 내부로 먼지나 수분 등의 이물질이 유입되는 것을 방지한다. 상기 커버 조립체(130)는 상기 하우징(140)에 탈착 가능하게 장착될 수 있다.
상기 커버 조립체(130)는 상기 차축(102)에 연장부(132)를 통하여 연결될 수 있다. 연장부(132)는 차축(102)에 작동적으로 연결되며 축방향으로 연장된다. 따라서, 상기 커버 조립체(130)의 내부에는 상기 차축(102)에 연결되어 회전 가능한 부분과, 상기 하우징(140)에 연결되어 고정된 부분을 포함한다. 상기 커버 조립체(130)는 고정된 부분으로 베어링 커버(150)를 더 포함한다. 상기 베어링 커버(150)는 상기 하우징(140)에 직접 또는 간접으로 연결되며, 그 내부에 부품들이 배치될 수 있는 공간이 형성되어 있다.
상기 커버 조립체(130)는 상기 베어링 커버(150)의 내부에 배치된 차축 센서 유닛(160)과, 상기 베어링 커버(150)에 장착된 무선 안테나(162)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차축 조립체의 일부 구성을 도시한 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차축 조립체(130')는 접지 로터(172)와 접지 커버(170)를 더 포함한다.
접지 로터(172)는 상기 연장부(132)의 일단에 연결되어 상기 연장부(132)와 함께 회전 가능하다. 상기 접지 로터(172)의 일단은 베어링 커버(150)를 관통하여 상기 접지 커버(170)의 내부에 위치한다. 상기 접지 로터(172)는 이에 설치된 브러쉬를 통해 접지 커버(170)에 도통된다.
상기 접지 커버(170)는 상기 베어링 커버(150)의 일면, 하우징(140), 또는 하우징(140) 또는 베어링 커버(150)에 연결된 별도의 구조물에 장착된다.
철도 차량(1)은 집전기(판토그래프)를 (+) 극으로 하고 선로를 (-) 극으로 하는 전기 회로를 구성한다. 집전기에 전기적으로 연결된 차체와 선로에 전기적으로 연결된 휠(104) 사이에는 베어링(120)이 배치되어 있으므로, 집전기, 차체, 선로, 휠(104), 차축(102), 그리고 베어링(120)은 폐회로를 형성하게 된다. 그러나, 고압의 전기가 베어링(120)을 통해 흐르면 내륜, 외륜, 전동체 사이의 접촉 면적이 작아 접촉점에서 스파크가 일어나거나 전기적 부식이 발생한다. 이를 방지하기 위해, 차축(102)과 함께 회전하는 접지 로터(172)로부터 브러쉬를 통해 접지 커버(170)로 전기가 직접 통하도록 하여야 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커버 조립체의 구성을 도시한 개략적인 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 다른 커버 조립체의 개략적인 정면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 커버 조립체(130)는 베어링 커버(150) 내에 차축 센서 유닛(160)과 발전기(180)를 포함한다.
상기 발전기(180)는 로터(182)와 스테이터(184)를 포함한다. 상기 로터(182)는 상기 차축(102)의 연장부(132)에 고정되어 차축(102)과 함께 회전 가능하다. 스테이터(184)는 상기 로터(182)와 경방향으로 일정 갭을 유지하며 경방향 외측에서 상기 로터(184)를 둘러싼다. 이에 따라, 스테이터(184)와 로터(182)는 경방향으로 서로 마주한다. 상기 상기 로터(182)와 스테이터(184)에는 각각 코일이 감겨 있으며, 상기 스테이터(184)의 코일에 전류를 인가하여 자기장을 형성하면 상기 자기장 내에서 회전하는 로터(184)의 코일에 전류가 유도된다. 하나의 실시예에서, 상기 로터(184)는 연장부(182)에 고정되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 아니한다. 베어링 커버(150)의 크기 및 발전 용량에 따라 상기 로터(184)는 차축(102)에 직접 고정될 수도 있다. 본 명세서 및 청구항에서 '차축(102)에 고정된다'는 문구는 차축(102)에 직접 고정되거나, 차축(102)에 연결된 연장부(132)에 고정되는 것을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
일부 실시예에서, 상기 로터(182)의 외주면에는 엔코더(183)가 장착되어 있으며, 상기 스테이터(184)에는 엔코더 센서(185)가 장착될 수 있다. 상기 엔코더(183)는 원주 방향으로 N극과 S극이 교대로 배치되어 있으며, 상기 엔코더 센서(185)는 설정된 에어갭을 두고 엔코더(183)와 마주하고 있어 엔코더(183)가 회전할 때 발생되는 자기장의 변화를 검출한다. 이에 따라, 엔코더 센서(185)는 엔코더(183)의 회전 속도, 즉 차축(102)의 회전 속도를 검출할 수 있다.
상기 스테이터(184)의 외주에는 적어도 하나의 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)이 장착되어 있다. 상기 PCB(186)는 상기 스테이터(184)와 로터(182)에 전기적으로 연결되어 있다. 이에 따라, 상기 PCB(186)는 상기 스테이터(184)에 입력(예를 들어, 전류)을 인가하고 상기 로터(182)로부터 출력(예를 들어, 전류)을 받을 수 있다. 또한, 상기 PCB(186)는 상기 엔코더 센서(185)에 전기적으로 연결되어 상기 엔코더 센서(185)에서 검출한 차축(102)의 회전 속도에 대응하는 신호를 받을 수 있다.
상기 PCB(186) 상에는 가속도 센서(192), 온도 센서(194)를 포함하는 차축 센서 유닛(160)이 장착된다. 상기 가속도 센서(192)는 차축(102) 또는 차축 조립체(100)의 x축, y축, z축 방향의 가속도를 측정할 수 있는 3축 가속도 센서일 수 있다. 온도 센서(194)는 차축(102) 또는 차축 조립체(100)의 온도를 측정할 수 있다.
상기 차축 센서 유닛(160)은 PCB(186) 상에 장착되는 전력 제어 시스템(197), 배터리(198), 그리고 무선 통신 유닛(199)을 더 포함한다.
상기 전력 제어 시스템(197)은 상기 스테이터(184)에 인가되는 입력과, 상기 로터(182)의 출력을 제어할 수 있다. 즉, 상기 전력 제어 시스템(197)은 스테이터(184)에 인가되는 전류를 제어할 수 있고, 로터(182)로부터 전류를 받아 배터리(198)를 충전할 수 있다. 또한, 상기 전력 제어 시스템(197)은 배터리(198)의 전력을 엔코더 센서(185), 가속도 센서(192), 온도 센서(194)에 공급하여 상기 센서들(185, 192, 194)이 차축 조립체(100)의 물리량을 검출 가능하도록 한다. 또한, 상기 전력 제어 시스템(197)은 배터리(198)의 전력을 무선 통신 유닛(199)에 공급하여 제어 서버(200) 또는 주변의 차축 조립체(100)와 무선 통신이 가능하게 한다.
상기 배터리(198)는 전력 제어 시스템(197)의 제어에 따라 발전기(180)에서 발전된 전기를 충전하고 차축 센서 유닛(160)의 각 부품들에 전기를 공급할 수 있다. 상기 배터리(198)는 충전과 방전이 가능한 2차 전지일 수 있다.
상기 무선 통신 유닛(199)은 엔코더 센서(185), 가속도 센서(192), 온도 센서(194)에서 검출한 물리량을 무선 통신이 가능한 신호로 변환하고, 상기 변환된 신호를, 예를 들어 블루투스, 지그비, 와이파이, 엘티이 등의 무선 통신 규약을 통해 제어 서버(200) 또는 주변의 차축 조립체(100)와 무선 통신하도록 한다. 상기 무선 통신 유닛(199)에서 변환된 신호는 무선 안테나(162)를 통해 제어 서버(200) 또는 주변의 차축 조립체(100)에 전달된다. 또한, 상기 무선 안테나(162)를 통해 주변의 차축 조립체(100), 제어 서버(200), 또는 기어 박스 센서 모듈(112)로부터 신호를 받을 수 있다.
상기 베어링 커버(150)에는 유선 커넥터(163)가 더 설치될 수 있다. 상기 유선 커넥터(163)는 PCB(186) 상의 부품들에 전기적으로 연결되어 외부 전원의 인가 및 데이터를 송/수신하거나, 차축 조립체(100)에 포함된 기어 박스 센서 모듈(112)에 유선으로 연결되어 기어 박스 센서 모듈(112)에 전원을 인가하거나 기어 박스 센서 모듈(112)에 신호를 송/수신할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 베어링 커버(150)의 치수, 차축(102)의 평균 회전 속도를 고려할 때 베어링 커버(150) 내에 장착 가능한 발전기(180)는 약 10W 이상의 전력을 생성할 수 있다. 10W의 전원을 사용하면, 1초당 25KHz 이상의 샘플링 레이트로 차축 조립체(100)의 3축 방향 가속도(또는 진동)(75,000개의 데이터)와, 차축 조립체(100)의 온도(1개의 데이터)와, 차축(102)의 회전 속도(1개의 데이터)를 측정하고, 75,002개의 데이터를 무선 통신으로 송신할 수 있다. 차축 조립체(100)의 진동을 이용한 주파수 분석을 하기 위해서는 적어도 10KHz 이상, 바람직하게는 12.5KHz의 샘플링 레이트로 데이터를 샘플해야 하는데, 본 발명의 실시예에 따르면 베어링 커버(150) 내에 장착 가능한 발전기(180)의 용량을 이용하여 25KHz 이상의 샘플링 레이트로 데이터 샘플 및 무선 통신이 가능하므로 주파수 분석을 위한 충분한 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 발전기(180)와, 센서들(185, 192, 194)을 포함하는 차축 센서 유닛(160)을 모두 베어링 커버(150)내에 배치하고, 발전기(180)의 로터(182)에 연결된 연장부(132)가 베어링 커버(150) 외측으로 돌출되어 있다. 따라서, 베어링 커버(150)를 하우징(140)에 연결하고 연장부(132)를 차축(102)에 연결하면 본 발명의 실시예에 따른 커버 조립체(130)를 차축(102)에 설치 가능하다. 이에 따라, 기존의 철도 차량의 차축 조립체에 특별한 변경을 가하지 않고도 본 발명의 실시예에 따른 커버 조립체(130)의 적용이 가능하다.
한편, 하나의 차축 조립체(100)에서 검출한 데이터는 제어 서버(200)에 가까운 다른 하나의 차축 조립체(100)에 무선 통신을 통하여 전송될 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 서버(200)에 가장 가까운 차축 조립체(100)가 각 차축 조립체(100)에 대한 데이터를 모두 무선 통신을 통하여 제어 서버(200)에 전송할 수 있다. 따라서, 무선 통신을 위한 전력 소비를 줄일 수 있으며, 발전기(180)의 용량을 줄일 수 있다.
또한, 무선 통신 방식을 통하여 데이터를 전송하므로, 와이어 하니스가 간편해질 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버 조립체의 개략적인 정면도이고, 도 8은 도 7의 A-A 선을 따라 취해진 단면도의 일부를 도시한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버 조립체(130)는 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)을 포함하며, 상기 차축 센서 유닛(160)은 홀더(300)를 통하여 발전기(180)의 스테이터(184)에 장착될 수 있다.
하나의 예에서, 상기 홀더(300)는 상기 발전기(180)를 둘러싸는 환형일 수 있다. 이 경우, 상기 홀더(300)는 상기 스테이터(184) 상에 장착될 수 있다. 다른 하나의 예에서, 상기 홀더(300)는 상기 차축(102)을 둘러싸는 환형이며 상기 발전기(180)의 일측에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 홀더(300)는 상기 스테이터(184)의 일측에 장착될 수 있다.
상기 홀더(300)는 서로 탈착 가능하게 결합되는 제1, 2홀더(302, 304)를 포함한다.
제1홀더(302)는 환형의 원판 형상으로 외주면과 내주면을 포함한다. 제1홀더(302)의 외경은 하우징(140)의 내경보다 작아 차축 센서 유닛(160)이 하우징(140) 내에 장착되고, 제1홀더(302)의 내경은 발전기(180) 또는 차축(102)의 외경보다 커서 제1홀더(302)가 발전기(180) 또는 차축(102)을 둘러쌀 수 있다. 상기 제1홀더(302)에는 서로 경방향으로 이격되며 각각 축방향 일측으로 돌출된 제1, 2돌출부(314, 316)가 형성된다. 상기 제1, 2돌출부(314, 316) 사이에는 PCB(186)가 배치된다.
제2홀더(304)는 환형의 원판 형상이며, 제1, 2돌출부(314, 316)에 대응하는 크기를 갖는다. 제1, 2돌출부(314, 316) 사이에 PCB(186)를 배치한 후, 제2홀더(304)를 제1, 2돌출부(314, 316)에 결합하여 PCB(186)를 홀더(300)에 장착할 수 있다.
상기 홀더(300)는 상기 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)을 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 상기 홀더(300)는 발전기(180)가 전기적으로 연결되는 제1커넥터와, PCB(186)가 전기적으로 연결되는 제2커넥터와, 제1커넥터와 제2커넥터를 전기적으로 연결하는 내부 도선을 포함할 수 있다. 따라서, 홀더(300)에 PCB(186)를 장착하면, 홀더(300)의 제2커넥터에 PCB(186)의 커넥터 핀이 결합되고, 그것에 의하여 홀더(300)와 PCB(186) 사이의 전기적 연결이 수립될 수 있다. 또한, PCB(186)가 장착된 홀더(300)를 발전기(180)의 외주에 장착하면 홀더(300)의 제1커넥터에 발전기(180)의 커넥터 핀이 결합되고, 그것에 의하여 PCB(186)와 발전기(180) 사이의 전기적 연결이 수립될 수 있다. 대안적으로, 상기 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)은 무선으로 연결될 수 있다.
상기 홀더(300)는 PCB(186)를 포함하는 차축 센서 유닛(160)을 외부 충격으로부터 보호한다. 즉, 얇은 판 형태의 PCB(186)를 상기 홀더(300)를 통하여 발전기(180)에 장착함으로써, 외부 충격으로부터 PCB(186) 및 그 상에 장착되는 차축 센서 유닛(160)이 보호된다. 상기 홀더(300)는 PCB(186)를 더욱 보호하기 위하여 상기 PCB(186) 상에 장착되는 보호층(310)을 더 포함할 수 있다. 상기 홀더(300)에 PCB(186)를 장착한 후, 실리콘이나 에폭시 등으로 PCB(186) 상에 보호층(310)을 형성할 수 있다. 하나의 예에서, 상기 홀더(300)에 PCB(186)를 장착하기 전에 홀더(300) 상에 실리콘이나 에폭시 등으로 보호층(310)을 형성하고, 그 상에 PCB(186)를 장착할 수도 있다.
하나의 예에서, 제1홀더(302)와 제2홀더(304)는 나사 결합될 수 있다. 이를 위하여, 제1, 2돌출부(314, 316)와, 제2홀더(304)에는 각각 대응하는 위치에 나사홀(306, 308)이 형성될 수 있다. 본 명세서에서는 제1, 2홀더(302, 304)가 나사 결합하는 것을 예시하였으나, 제1, 2홀더(302, 304)의 결합은 이에 한정되지 아니한다. 제1, 2홀더(302, 304)를 서로 탈착 가능하게 결합할 수 있는 다양한 결합 방식이 적용될 수 있다. 제1, 2홀더(302, 304)를 서로 탈착 가능하게 결합함으로써, 차축 센서 유닛(160)이 고장난 경우, 차축 센서 유닛(160)을 용이하게 교환할 수 있다.
차축 센서 유닛(160)의 고장 난 부품들의 교체를 더욱 용이하게 하기 위하여, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, PCB(186)는 적어도 두 개 이상의 기능 모듈들로 분할되어 홀더(300)에 장착될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버 조립체의 개략적인 정면도이고, 도 10은 도 9의 B-B 선을 따라 취해진 단면도의 일부를 도시한다.
도 9에 예시적으로 도시된 바와 같이, PCB(186)는 네 개의 기능 모듈, 예를 들어 무선 통신 모듈(186a), 파워 모듈(186b), 연산 모듈(186c), 센서 모듈(186d)로 분할될 수 있다.
무선 통신 모듈(186a)은 무선 통신 유닛(199) 및 이를 지원하는 회로 등을 포함하고, 파워 모듈(186b)은 전력 제어 시스템(197), 배터리(198) 및 이를 지원하는 회로 등을 포함하며, 연산 모듈(186c)은 무선 통신 모듈(186a), 파워 모듈(186b), 및 센서 모듈(186d)을 지원하는 회로 등을 포함하고, 센서 모듈(186d)은 엔코더 센서(185), 가속도 센서(192), 온도 센서(194), 및 이를 지원하는 회로 등을 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 각 기능 모듈(186a, 186b, 186c, 186d)을 홀더(300)로부터 분리하기 용이하도록 홀더(300)는 제1, 2돌출부(314, 316) 사이를 연결하여 각 기능 모듈(186a, 186b, 186c, 186d) 사이를 분할하고 각 기능 모듈(186a, 186b, 186c, 186d)이 장착될 수 있는 공간들을 형성하는 적어도 두 개의 살(313)을 더 포함한다. 도 9에는 4개의 기능 모듈(186a, 186b, 186c, 186d)과 4개의 살(313)을 예시하나, 기능 모듈의 개수와 살의 개수는 4개에 한정되지 않는다. 예를 들어, 2개의 기능 모듈이 구비된 경우, 살(313)의 개수는 2개일 수 있다.
또한, 각 기능 모듈(186a, 186b, 186c, 186d)을 홀더(300)로부터 분리하기 용이하도록 보호층(310)과 홀더(300)(예를 들어, 제2홀더(304)의 가장 자리 및 살(313) 등) 사이에는 충진제 댐(312)이 배치될 수 있다. 상기 충진제 댐(312)은 보호층(310)(각 기능 모듈 상에 부착되어 있음)이 홀더(300)로부터 쉽게 분리되도록 보호층(310)과 홀더(300)를 연결한다. 제1홀더(302)로부터 제2홀더(304)를 분리하면, 제2홀더(304)에는 보호층(310)과 각 기능 모듈(186a, 186b, 186c, 186d)이 부착되어 있다. 교체 대상인 기능 모듈이 부착된 보호층(310)을 둘러싸는 충진제 댐(312)을 상기 제2홀더(304)로부터 제거하면, 교체 대상인 기능 모듈과, 상기 기능 모듈 상에 부착된 보호층(310)을 제2홀더(304)로부터 분리할 수 있다. 이 후, 새로운 기능 모듈을 제1홀더(302) 상에 배치하고 제2홀더(304)를 제1홀더(302)에 결합한다. 이 후, 충진제 댐(312)을 제2홀더(300)의 가장 자리와 살(313)에 부착하고 기능 모듈 상에 보호층(310)을 형성함으로써 기능 모듈이 교체되게 된다. 따라서, 기능 모듈의 교체가 용이하다. 또한, 고장이 난 기능 모듈만을 교체하면 되므로, 유지비용이 절감될 수 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 홀더(300)에는 PCB(186)의 각 기능 모듈(186a, 186b, 186c, 186d)과 발전기(180)를 전기적으로 연결하기 위한 전기적 접속 수단을 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 상기 전기적 접속 수단은 커넥터와 커넥터 핀일 수 있다.
이하, 도 11 및 도 12를 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 차축 조립체(100)의 장착 과정을 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차축 조립체의 일부 구성을 도시한 단면도이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차축 조립체의 일부 구성을 도시한 단면도이다.
도 11에 도시된 차축 조립체(100)는 차축 하우징(320), 차속 센서(330), 연결 어답터(340), 그리고 속도 센서 하우징(350)을 더 포함한다.
먼저, 차축(102)에 연장부(132)를 연결한다. 즉, 차축(102)의 일단에 연장부(132)를 배치하고 볼트(134) 등의 결합 수단으로 차축(102)과 연장부(132)를 결합한다. 상기 연장부(132)의 설정된 위치에는 스플라인(135)이 형성될 수 있다.
그 후, 홀더(300)를 통하여 서로 연결된 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)을 차축 하우징(320)에 결합한다. 여기서, 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)은 베어링 커버(150) 내에 배치되며, 상기 베어링 커버(150)는 홀더(300)에 연결된다. 상기 차축 하우징(320)은 대체로 원통 형상을 가지며, 상기 차축 하우징(320)의 내주면에 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)이 장착된다. 연결 어답터(340)는 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)을 연결하는 홀더(300)를 차축 하우징(320)에 연결하기 위한 것이다. 이를 위하여, 연결 어답터(340)는 원통부(342)와 원판부(344)를 포함한다. 원통부(342)는 상기 차축 하우징(320)의 내주면에 볼트(346) 등의 결합 수단으로 결합되고, 원판부(344)는 상기 홀더(300)에 볼트(346) 등의 결합 수단으로 결합될 수 있다. 이에 따라, 홀더(300)를 통하여 발전기(180)에 차축 센서 유닛(160)을 결합하고, 상기 홀더(300)에 연결 어답터(340)의 원판부(344)를 결합한다. 그 후, 연결 어답터(340)의 원통부(342)를 차축 하우징(320)의 내주면에 결합한다.
발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)을 차축 하우징(320)에 결합한 후, 상기 차축 하우징(320)을 하우징(140)의 내주면에 장착한다. 상기 차축 하우징(320)은 하우징(140)에 압입되거나 볼트 등의 결합 수단으로 결합될 수 있다. 차축 하우징(320)을 하우징(140)에 압입하는 과정에서, 상기 발전기(180)는 상기 연장부(132)에 작동적으로 연결된다. 이를 위하여, 상기 발전기(180)의 로터(182)의 내주면에는 스플라인(136)이 형성되고, 로터(182)의 스플라인(136)은 연장부(132)의 스플라인(135)과 스플라인 결합한다. 이에 따라, 차축(102) 및/또는 연장부(132)가 회전하면, 로터(182)도 함께 회전한다. 또한, 베어링 커버(150)는 상기 연장부(132)의 일단부의 외주면과 소정의 틈을 형성한다. 상기 연장부(132)의 일단은 상기 베어링 커버(150)와 회전 간섭 없이 베어링 커버(150)를 관통한다.
그 후, 상기 연장부(132)의 일단에 속도판(330)을 장착한다. 속도판(330)은 그 외주면에 등간격으로 속도 치(332)가 형성되고, 상기 속도 치(332)는 속도 센서(도시하지 않음)에 회전 속도에 비례하는 전류 변화를 생성할 수 있다. 상기 속도판(330)은 베어링 커버(150)와 회전 간섭 없이 배치되며, 연장부(132)에 볼트(334) 등의 결합 수단으로 고정된다. 따라서, 상기 속도판(330)은 연장부(132)와 함께 회전 가능하다.
마지막으로, 상기 차축 하우징(320)의 일단에 속도 센서 하우징(350)을 장착한다.
도 12에 도시된 차축 조립체(100)는 차축 하우징(320), 접지 로터(172), 그리고 연결 어답터(340)를 더 포함한다.
먼저, 차축(102)에 연장부(132)를 연결한다. 즉, 차축(102)의 일단에 연장부(132)를 배치하고 볼트(134) 등의 결합 수단으로 차축(102)과 연장부(132)를 결합한다. 상기 연장부(132)의 설정된 위치에는 스플라인(135)이 형성될 수 있다.
그 후, 홀더(300)를 통하여 서로 연결된 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)을 차축 하우징(320)에 결합한다. 상기 차축 하우징(320)은 대체로 원통 형상을 가지며, 상기 차축 하우징(320)의 내주면에 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)이 장착된다. 연결 어답터(340)는 발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)을 연결하는 홀더(300)를 차축 하우징(320)에 연결하기 위한 것이다. 이를 위하여, 연결 어답터(340)는 원통부(342)와 원판부(344)를 포함한다. 원통부(342)는 상기 차축 하우징(320)의 내주면에 볼트(346) 등의 결합 수단으로 결합되고, 원판부(344)는 상기 홀더(300)에 볼트(346) 등의 결합 수단으로 결합될 수 있다. 이에 따라, 홀더(300)를 통하여 발전기(180)에 차축 센서 유닛(160)을 결합하고, 상기 홀더(300)에 연결 어답터(340)의 원판부(344)를 결합한다. 그 후, 연결 어답터(340)의 원통부(342)를 차축 하우징(320)의 내주면에 결합한다.
발전기(180)와 차축 센서 유닛(160)을 차축 하우징(320)에 결합한 후, 상기 차축 하우징(320)을 하우징(140)의 내주면에 장착한다. 상기 차축 하우징(320)은 하우징(140)에 압입되거나 볼트 등의 결합 수단으로 결합될 수 있다. 차축 하우징(320)을 하우징(140)에 압입하는 과정에서, 상기 발전기(180)는 상기 연장부(132)에 작동적으로 연결된다. 이를 위하여, 상기 발전기(180)의 로터(182)의 내주면에는 스플라인(136)이 형성되고, 로터(182)의 스플라인(136)은 연장부(132)의 스플라인(135)과 스플라인 결합한다. 이에 따라, 차축(102) 및/또는 연장부(132)가 회전하면, 로터(182)도 함께 회전한다. 또한, 베어링 커버(150)는 상기 연장부(132)의 일단부의 외주면과 소정의 틈을 형성한다. 상기 연장부(132)의 일단은 상기 베어링 커버(150)와 회전 간섭 없이 베어링 커버(150)를 관통한다.
그 후, 상기 연장부(132)의 일단에 접지 로터(172)를 장착한다. 접지 로터(172)는 이에 설치된 브러쉬를 통해 차축 하우징(320)에 도통된다. 상기 접지 로터(172)는 연장부(132)에 볼트(174) 등의 결합 수단으로 고정된다. 따라서, 상기 접지 로터(172)는 연장부(132)와 함께 회전 가능하다.
마지막으로, 상기 차축 하우징(320)의 일단에 접지 커버(170)를 장착한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (20)

  1. 동력원으로부터 전달받은 동력을 이용하여 회전하는 차축과, 상기 차축의 일단부를 둘러싸는 하우징과, 상기 차축의 일단부와 하우징 사이에 배치되어 상기 차축을 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함하는 차축 조립체에 설치되는 커버 조립체에 있어서,
    그 내부에 공간이 형성된 베어링 커버;
    상기 차축에 작동적으로 연결되어 상기 차축과 함께 회전하는 로터와, 상기 로터와 경방향으로 일정 갭을 유지하며 상기 로터를 경방향으로 둘러싸는 스테이터를 포함하는 발전기;
    상기 발전기에 전기적으로 연결되어 스테이터에 입력을 인가하고 로터로부터 출력을 받는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB);
    상기 PCB 상에 장착되어 있으며, 차축 조립체의 적어도 하나의 물리량을 검출하는 적어도 하나의 센서; 그리고
    상기 베어링 커버에 장착되며, 상기 적어도 하나의 센서에서 검출한 적어도 하나의 물리량에 대응하는 데이터를 무선으로 전송 가능한 무선 안테나;
    를 포함하며,
    상기 발전기, PCB, 그리고 적어도 하나의 센서는 베어링 커버가 형성하는 공간 내에 위치하는 커버 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로터에는 상기 로터와 함께 회전하는 엔코더가 장착되고,
    상기 스테이터에는 상기 엔코더의 회전을 검출하는 엔코더 센서가 장착되는 커버 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는
    상기 차축 조립체의 가속도를 측정하는 가속도 센서; 그리고
    상기 차축 조립체의 온도를 측정하는 온도 센서;
    를 포함하는 커버 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PCB 상에 장착되어 있으며, 상기 스테이터에 인가되는 입력과, 상기 로터의 출력을 제어하는 전력 제어 시스템;
    상기 PCB 상에 장착되어 있으며, 상기 전력 제어 시스템을 통하여 상기 로터의 출력을 받아 충전되는 배터리; 그리고
    상기 PCB 상에 장착되어 있으며, 무선 통신을 통한 데이터 교환을 가능하게 하는 무선 통신 모듈;
    을 더 포함하는 커버 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베어링 커버의 일측에 장착되는 접지 커버; 그리고
    상기 차축의 일단에 연결되어 차축과 함께 회전하며, 상기 베어링 커버를 관통하여 상기 접지 커버 내로 연장되는 접지 로터;
    를 더 포함하는 커버 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 로터와 상기 스테이터는 10W 이상의 전력을 생성하도록 되어 있는 커버 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 10KHz 이상의 샘플링 레이트로 차축 조립체의 적어도 하나의 물리량을 검출하도록 되어 있는 커버 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터에 장착되며, 상기 PCB를 상기 발전기에 전기적으로 연결하는 홀더를 더 포함하며,
    상기 PCB는 상기 홀더에 장착되는 커버 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 홀더는 서로 탈착 가능하게 결합되는 제1, 2홀더를 포함하며,
    상기 PCB는 상기 제1, 2홀더 사이에 배치되어 상기 제1, 2홀더의 결합에 의하여 상기 홀더에 장착되는 커버 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1홀더는 서로 경방향으로 이격되며 각각 축방향 일측으로 돌출된 제1, 2돌출부를 포함하며,
    상기 PCB는 상기 제1, 2돌출부 사이에 배치되고,
    상기 제2홀더는 상기 제1, 2돌출부에 결합하는 커버 조립체.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 PCB는 상기 홀더에 탈착 가능하게 장착되는 커버 조립체.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 PCB 상에 장착되는 보호층을 더 포함하는 커버 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 PCB는 적어도 두 개 이상의 기능 모듈로 분할되어 상기 홀더에 탈착 가능하게 장착되는 커버 조립체.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 홀더는 상기 제1, 2돌출부 사이를 연결하는 적어도 두 개의 살을 더 포함하고,
    상기 PCB는 적어도 두 개 이상의 기능 모듈로 분할되어 상기 제1, 2돌출부와 살에 의하여 형성되는 공간에 탈착 가능하게 장착되는 커버 조립체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 PCB 상에 장착되는 보호층을 더 포함하고,
    상기 보호층과 상기 제2홀더의 가장 자리 및 살 사이에는 충진제 댐이 배치되는 커버 조립체.
  16. 제1항에 따른 커버 조립체;
    상기 스테이터에 장착되며, 상기 PCB를 상기 발전기에 전기적으로 연결하는 홀더;
    상기 차축의 일단부에 작동적으로 연결되며 축방향으로 연장되는 연장부;
    상기 홀더에 결합되어 그 내부에 발전기와 PCB가 배치되는 베어링 커버;
    상기 하우징의 일단부의 내주면에 장착되는 차축 하우징; 그리고
    상기 차축 하우징에 상기 홀더를 장착하기 위한 연결 어답터;
    를 더 포함하고,
    상기 PCB는 상기 홀더에 장착되고,
    상기 연장부와 발전기의 로터는 스플라인 결합하는 차축 조립체.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 연장부의 일단은 상기 베어링 커버와 회전 간섭 없이 베어링 커버를 관통하며,
    상기 차축 조립체는
    상기 연장부의 일단에 장착되는 장착되는 속도판; 그리고
    상기 차축 하우징의 일단에 장착되는 속도 센서 하우징;
    을 더 포함하는 차축 조립체.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 연장부의 일단은 상기 베어링 커버와 회전 간섭 없이 베어링 커버를 관통하며,
    상기 차축 조립체는
    상기 연장부의 일단에 장착되는 장착되는 접지 로터; 그리고
    상기 차축 하우징의 일단에 장착되는 접지 커버;
    를 더 포함하는 차축 조립체.
  19. 제16항에 있어서,
    복수개의 기어를 통하여 동력원의 동력의 회전속도를 변화시키고, 회전속도가 변화된 동력을 상기 차축에 전달하는 기어 박스;
    상기 복수개의 기어의 가속도, 회전속도, 그리고 온도 중 적어도 하나를 검출하도록 되어 있는 기어 박스 센서 모듈; 그리고
    상기 베어링 커버에 장착되고, 상기 PCB에 연결되어 전원을 공급할 수 있는 유선 커넥터;
    를 더 포함하는 차축 조립체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기어 박스 센서 모듈의 측정값은 상기 무선 안테나를 통하여 무선으로 또는 상기 유선 커넥터를 통하여 유선으로 PCB에 전달되는 차축 조립체.
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