차륜 비접촉식 제동장치{non-contact type braking apparatus}
본 발명은 차륜 비접촉식 제동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차륜의 답면에 와전류를 발생시켜 제동력을 얻음으로써 차륜과 제동장치의 접촉없이 제동할 수 있는 차륜 비접촉식 제동장치에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량에 설치되는 제동장치로는 차륜에 직접 접촉하여 제동력을 발생시키는 기계식 제동장치가 주로 사용되고 있다. 이러한 제동장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 주공기관(44) 및 제동관(55)에 압축공기가 공급되어 있는 상태에서 제동관의 압력을 기관사가 제동변에 의해 갑압하면, 분배변(11)에서 감압된 제동관(55) 압력에 비례하는 제동통 원력을 생성하고 제동통 원력을 중계변(22)에서 제동통(33)에 필요한 만큼의 공기를 제동통(33)에 공급하게 되고, 이에 따라 제동통(33) 피스톤이 제륜자(33a)를 차륜(W) 또는 디스크에 밀착시켜 제동이 이루어진다. 여기서, 발생되는 제동력의 크기는 제동통(33)에 공급되는 공기압력에 의해 변하게 되며, 공기 압력이 클수록 큰 제동력이 발생하게 된다. 또한, 제동력은 제륜자(33a)가 가지는 마찰계수의 특성에 의해서도 변하게 되는데, 철도차량에 사용되는 모든 제륜자(33a)는 속도가 낮을수록 마찰계수가 증가하여 더 높은 제동력이 발생하게 된다. 이러한, 종래의 제동장치는 제동시에 제륜자(33a)와 차륜(W, 또는 디스크)의 마찰로 인하여 소음이 발생할 뿐만 아니라, 제륜자(33a)의 마모로 인해 먼지가 비산하여 공기를 오염시키게 되며, 마찰재로 이루어지는 제륜자(33a)는 장시간 사용하게 되면 마찰력이 저하되어 제동력이 감소하게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 제륜자(33a)는 소모품인 관계로 주기적으로 교체를 해주어야 하므로 유지비용이 많이 드는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제동슈에 권취봉을 형성하고 권취봉에 권취코일을 설치하여 자기장을 형성함으로써, 차륜의 답면에 와전류를 형성하게 하여 제동력을 발생시키게 되어 제동슈와 차륜의 마찰이 없이도 차량을 제동할 수 있어 제동시 발생하는 소음 및 분진을 줄여주는 차륜 비접촉식 제동장치를 제공하는 것이다. 그리고, 본 발명의 다른 목적은 제동슈와 차륜의 마찰이 없이도 차량을 제동함으로써 제동슈를 반영구적으로 사용할 수 있어 제동슈를 교체하는 번거로움 및 비용을 줄일 수 있는 차륜 비접촉식 제동장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은; 브레이크헤드에 설치되는 제동슈와, 상기 제동슈에 설치되는 권취코일과, 상기 권취코일에 공급하는 전류를 제어하는 전류제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제동슈에는 설치홈이 형성되고, 상기 설치홈에는 권취코일이 권취되는 권취봉이 형성되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 제동슈에는 커버부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 전류제어부는 제동시 상기 권취코일에 전류를 인가하여 차륜의 답면에 와전류를 발생시키기 위한 목적으로 유도전동기의 회생시 동일하게 회생에너지를 발생시키기 위한 여자전류를 발생시킨 후, 전류를 차단함으로써, 차륜의 답면에 형성된 와전류에 의해 권취코일에 유도전류가 흐르도록 하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 전류제어부에는 권취코일에서 발생되는 유도전류를 저장하기 위한 충전부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 제동슈를 차륜의 답면에 가압하도록 제어하는 제동제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 커버부의 상면에는 마찰부재가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 제동슈에 권취봉을 형성하고 권취봉에 권취코일을 설치하여 자기장을 형성함으로써, 차륜의 답면에 와전류를 형성하게 하여 제동력을 발생시키게 되어 제동슈와 차륜의 마찰이 없이도 차량을 제동할 수 있어 제동시 발생하는 소음 및 분진을 줄여주는 효과가 있다. 그리고, 본 발명은 제동슈와 차륜의 마찰이 없이도 차량을 제동함으로써 제동슈를 반영구적으로 사용할 수 있어 제동슈를 교체하는 번거로움 및 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 제동장치가 작동되는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차륜 비접촉식 제동장치가 설치된 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 차륜 비접촉식 제동장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차륜 비접촉식 제동장치의 제동슈의 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차륜 비접촉식 제동장치의 블럭도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 차륜 비접촉식 제동장치가 설치된 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차륜 비접촉식 제동장치의 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 차륜 비접촉식 제동장치의 제동슈의 분리 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 차륜 비접촉식 제동장치의 블럭도이다.
본 발명은 차륜 비접촉식 제동장치에 관한 것으로 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 그 구성은 차륜(W)에 인접설치되는 제동장치(100)와 상기 제동장치(100)에 설치되는 권취코일(140)과 상기 권취코일(140)에 공급하는 전류를 제어하는 전류제어부(200)와 상기 제동장치(100)를 제어하는 제동제어부(300)로 구성된다. 여기서, 상기 제동장치(100)는 차량(600)의 하부에 형성되는 대차(500)에 설치되는데, 상기 대차(500)는 차륜(W)이 설치되는 차축(530)과 상기 차축(530)이 회전가능하게 설치되는 엑슬박스(520)와 상기 엑슬박스(520)가 고정 설치되는 대차프레임(510)으로 구성된다. 이때, 상기 제동장치(100)는 다양한 링크(미도시)나 브라켓(미도시) 등을 사용하여 일반적으로 대차(500)에 제동장치(100)를 설치하는 형태로 설치하게 된다. 한편, 상기 제동장치(100)는 브레이크헤드(110)와 제동슈(120)로 이루어지는데, 상기 브레이크헤드(110)는 상기 제동장치(100)를 전술한 바와 같은 일반적인 제동장치(100)의 링크나 브라켓에 고정되고, 상기 제동슈(120)는 상기 브레이크헤드(110)에 설치되어 차륜(W)의 답면에 근접하게 위치하게 한다. 여기서, 상기 브레이크헤드(110)의 하부에는 체결홈(112)이 형성되고, 상기 제동슈(120)의 상면에는 상기 체결홈(112)에 대응되도록 센터 스태플(122)이 형성되어 상기 체결홈(112)에 삽입된다. 그리고, 상기 센터 스태플(122)과 브레이크헤드(110)의 하부에는 연통되도록 관통공(미도시)이 형성되고, 상기 관통공에 고정키(150)를 삽입함으로서 브레이크헤드(110)에 제동슈(120)를 고정하게 된다. 이때, 상기 센터 스태플(122)에는 주름부(124)가 형성되어 상기 고정키(150)가 탄성지지하게 됨으로써, 브레이크헤드(110)에 제동슈(120)를 견고하게 고정하게 된다. 그리고, 상기 제동슈(120)에는 설치홈(126)이 형성되고, 이 설치홈(126)에는 다수의 권취봉(125)이 형성되는데, 상기 권취봉(125)에는 권취코일(140)이 권취되어 전류제어부(200)에서 유입되는 전류에 의해 자기장을 형성하게 된다. 그래서, 상기 제동슈(120)와 인접하는 차륜(W)의 답면에 와전류를 형성하게 되어, 제동장치(100)와 차륜(W) 사이에 제동력을 발생시키게 된다. 여기서, 와전류가 발생하는 과정을 설명하면, 도체의 내부를 자기장이 지나가게 되면 자기장이 지나가는 도체의 일부분에 와전류가 발생하게 되는데, 이러한 와전류는 자기장이 지나가는 것을 방해하는 방향으로 힘이 작용하도록 형성된다. 그래서, 차륜(W)의 답면에 인접하게 권취코일(140)을 위치 시키고, 상기 권취코일(140)에 전류를 흐르게 하면, 권취코일(140)에는 자기장이 형성되게 된다. 그리고, 상기 권취코일(140)에 전류가 흐르는 상태에서 차륜(W)이 회전하게 되면, 차륜(W)의 답면에는 와전류가 발생하게 되는데, 상기 와전류는 자기장이 지나가는 방향의 반대방향 즉, 차륜(W)이 회전하는 반대방향으로 힘이 작용하게 되어 제동력이 발생하게 됨으로써 차륜(W)과 제동장치(100)의 마찰력이 없이도 차량을 제동할 수 있게 된다. 여기서, 상기 전류제어부(200)는 제동시에 권취코일(140)에 일정시간 동안 전류를 인가하여 차륜(W)의 답면에 와전류가 발생하도록 한 후, 전류를 차단하게 된다. 그러면, 회전하는 차륜(W)의 답면에 형성된 와전류의 자기장에 의하여 권취코일(140)에 2차 전류가 유도되게 되고, 이렇게 유도된 2차 전류는 코일에 자기장을 형성하여 차륜(W)의 답면에 와전류를 유도하게 한다. 이러한 과정을 통하여 차륜(W)에는 지속적으로 제동력이 작용하게 되고, 권취코일(140)에는 유도전류가 발생하게 되어 제동력에 의해 회생되는 에너지가 전기 에너지로 전환되게 된다. 이때, 상기 전류제어부(200)에는 충전부(210)가 구비되어 상기 권취코일(140)에서 유도된 전기 에너지를 충전하게 된다. 여기서, 유도된 전기에너지를 충전하기 위해서는 승압을 하거나 정류하기 위한 회로가 필요하게 되는데, 이러한 회로는 공지의 사항이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 상기 제동슈(120)의 하부 가장자리에는 커버부(130)가 형성되어 제동슈(120)의 권취봉(125)에 권취된 권취코일(140)이 외부의 이물질에 의해 손상되는 것을 방지함으로써 안정적으로 자기장을 형성할 수 있게 하여 안정적으로 차량을 제동할 수 있게 한다. 여기서, 차량이 일정속도 이하로 감속되게 되면 정차제동을 위하여 제동제어부(300)의 제어에 의하여 상기 제동장치(100)가 차륜(W)의 답면을 가압하도록 하여 마찰력에 의해 차량을 정차시키게 된다. 이때, 상기 커버부(130)의 상면에는 도 4에 도시된 바와 같이 마찰부재(160)가 구비되는데, 상기 마찰부재(160)에는 제2체결공(166)이 형성된 체결돌부(164)가 하부로 돌출 형성되고, 상기 커버부(130)에는 상기 제2체결공(166)에 대응되는 제1체결공(134)이 형성되어 체결핀(170)을 사용하여 체결 고정되게 된다. 그리고, 상기 체결핀(170)의 일측 단부에는 관통공이 형성되고, 상기 관통공에 분할핀(175)을 삽입함으로써 체결핀(170)이 임의로 이탈되는 것을 방지하여 마찰부재(160)를 커버부(130)에 안정적으로 고정하게 된다. 또한, 상기 커버부(130)의 상단에는 단턱(132)이 형성되고, 상기 마찰부재(160)의 하단에는 커버부(130)의 단턱(132)에 대응되는 단턱(162)이 형성되어 마찰제동시에 마찰부재(166)와 차륜(W) 사이의 마찰력에 의해 상기 체결핀(170)에 힘이 작용하여 체결핀(170)이 파손되는 것을 방지하여 안정적으로 마찰제동을 할 수 있게 한다. 즉, 마찰제동시 차륜(W)과 마찰부재(160) 사이에는 마찰력이 발생하게 되고, 이에 따라 상기 마찰부재(146)는 차륜(W)이 회전하는 방향으로 회전하도록 힘을 받게 되는데, 이때, 상기 마찰부재(160)와 커버부(130)에 단턱(162,132)이 형성되어 있지 않다면, 마찰부재(160)에 작용하는 힘이 체결핀(170)에 작용하게 되어 체결핀(170)의 강도로는 힘을 견딜 수 없어 파손되게 되어 마찰부재(160)가 커버부(130)에서 분리되게 됨으로써 대형사고를 초래할 수 있게 된다. 그런데, 본 발명에서는 마찰부재(160)와 커버부(130)에 각각 단턱(162,132)을 형성함으로써 마찰부재(160)에 작용하는 힘을 상기 단턱(162,132)에서 상쇠함으로써 체결핀(170)에 작용하는 힘을 줄여주게 되어 체결핀(170)이 파손되는 것을 방지하게 되어 안정적으로 제동할 수 있게 한다. 그리고, 상기 마찰부재(160)는 비자성체로 이루어지고, 권취봉(125)의 상부로 돌출되게 설치되어 차륜(W)의 답면을 가압하게 될 때, 권취봉(125)이 차륜(W)과의 마찰에 의해 손상되는 것을 방지하게 된다.
이하 전술된 본 발명의 차륜 비접촉식 제동장치의 작동관계를 살펴보면, 기관실에서 제동신호를 송신하게 되면 제어장치(400)에서 이를 감지하여 전류제어부(200)를 제어하여 제동신호에 대응되는 적절한 양의 전류를 제동장치(100)에 구비된 권취코일(140)에 흐르게 한다. 그러면, 상기 권취코일(140)에 흐르는 전류에 의해 권취봉(125)에 자기장이 형성되고, 이 자기장은 인접한 차륜(W)의 답면에 영향을 미쳐 와전류를 생성하게 된다. 이때, 상기 와전류는 자기장이 이동하는 방향의 반대방향으로 힘이 작용하도록 하여, 차량에 제동력을 발생시키게 된다. 그리고, 상기 전류제어부(200)는 차륜(W)에 와전류가 형성될 정도만 권취코일(140)에 전류를 흐르게 한 후, 전류를 차단하게 된다. 여기서, 상기 차륜(W)은 계속 회전하는 상태이므로 차륜(W)의 답면에 형성된 와전류에 의해 권취코일(140)에는 2차 전류가 유도되게 된다. 이때, 상기 전류제어부(200)에는 충전부(210)가 형성되어 상기 권취코일(140)에 유도된 전기에너지를 충전하게 된다. 그리고, 차량이 일정속도 이하로 감속되게 되면, 제동제어부(300)는 제동장치(100)를 제어하여 차륜(W)의 답면을 가압하게 함으로써 마찰력에 의하여 차량을 안정적으로 정차시키게 된다. 한편, 본 발명의 제동장치(100)를 사용하여 제동력을 조절할 때, 전술한 바와 같이 전류제어부(200)에서 제동슈(120)에 설치된 권취코일(140)에 인가하는 전류의 세기를 조절하여 차륜(W)의 답면에 형성되는 와전류의 크기를 조절함으로써 제동력을 제어하거나, 제동제어부(300)에서 제동슈(120)와 차륜(W) 답면 사이의 거리를 조절함으로써 권취코일(140)에 형성된 자기장이 차륜(W)의 답면에 미치는 크기를 제어하여 발생되는 와전류의 크기를 조절함으로써 제동력을 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 차륜 비접촉식 제동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차륜의 답면에 와전류를 발생시켜 제동력을 얻음으로써 차륜과 제동장치의 접촉없이 제동할 수 있는 차륜 비접촉식 제동장치에 관한 것이다.
100 : 제동장치 110 : 브레이크헤드
112 : 체결홈 120 : 제동슈
122 : 센터 스태플 124 : 주름부
125 :권취봉 130 : 커버부
132,162 : 단턱 134 : 제1체결공
140 : 권취코일 150 : 고정키
160 : 마찰부재 164 : 체결돌부
166 : 제2체결공 170 : 체결핀
175 : 분할핀 200 : 전류제어부
210 : 충전부 300 : 제동제어부
400 : 제어장치 500 : 대차
510 : 대차프레임 520 : 엑슬박스
530 : 차축 540 : 탄성부재
600 : 차체
W : 차륜 |
