永久磁石型電磁気制動シリンダ

本発明は電磁気制動シリンダに関し、より詳しくは、永久磁石を用いて制動を遂行する電磁気制動シリンダに関する。

従来の鉄道車両や大型車両などに使われる制動シリンダ(braking cylinder)は空圧や油圧を用いた空圧シリンダまたは油圧シリンダであって、空圧や油圧を制動が必要な圧力面に提供して制動を遂行する構造で構成される。

しかしながら、前記空圧や油圧シリンダの場合、空圧や油圧を発生させるための別途の装置を必要とし、特に空圧や油圧を循環させて制動部に供給するための配管、連結ラインなどが必須である。これによって、制動シリンダで前記空圧や油圧連結配管の設計を最適化するための努力が必要であり、制動シリンダ及び関連装置が占める空間が増加して全体的な制動部の体積が増加する問題が発生する。

例えば、大韓民国特許出願第10−1998−0062256号、または第10−2001−0030858号などでは、油圧を用いた制動シリンダの構造について開示しているが、構造が複雑で、設計が容易でなく、体積が増加して、最近、車両の軽量化及び単純化の趨勢とも合わないという問題がある。

これによって、最近には油圧や空圧に代えて制動シリンダを構成するための技術が開発されており、これに対する技術開発の必要性は増加している状況である。

大韓民国特許出願第10−1998−0062256号

大韓民国特許出願第10−2001−0030858号

ここに、本発明の技術的課題はこのような点に着眼したものであって、本発明の目的は車両の軽量化及び単純化、設計の容易性を向上させる電磁気制動シリンダに関するものである。

前記した本発明の目的を実現するための一実施形態に係る電磁気制動シリンダは、シリンダ部、ピストン部、及び電磁気力発生部を含む。前記シリンダ部は対向しながら第1収納空間を形成する第1及び第2面、及び前記第2面から前記第2面と垂直に延長されて第2収納空間を形成する延長部を含む。前記ピストン部は、前記第1及び第2収納空間の内部に収納され、前記延長部に沿って往復動される。前記電磁気力発生部は、前記シリンダ部と前記ピストン部に各々固定され、1つの永久磁石を含む第1及び第2電磁気力部を含み、電磁気力の印加によって前記ピストン部を移動させる。

一実施形態において、前記ピストン部は、前記第1収納空間に収納されて前記第1収納空間を第1サブ収納空間と第2サブ収納空間とに分離し、前記第1及び第2面と平行に延長される底部、及び前記第2サブ収納空間及び前記第2収納空間に収納され、前記延長部と平行に延長される軸部を含むことができる。

一実施形態において、前記第1電磁気力部は前記第1面に固定され、前記第2電磁気力部は前記底部に固定されて、前記第1及び第2電磁気力部は前記第1サブ収納空間で対向して配置できる。

一実施形態において、前記底部と前記第2面との間の前記第2サブ収納空間に固定された弾性部材をさらに含むことができる。

一実施形態において、前記第1及び第2電磁気力部のうち、いずれか1つは永久磁石であり、他の1つは電磁石またはハイブリッド電磁石でありうる。

一実施形態において、前記電磁気力発生部に印加される電流または電圧を可変して前記電磁気力発生部の電磁気力の強さを制御する制御部をさらに含むことができる。

一実施形態において、前記電磁気力発生部に連結されて前記電磁気力発生部で発生する熱を放熱する放熱部をさらに含むことができる。

一実施形態において、前記ピストン部と連結されて作用部に圧力を印加して前記作用部を制動する制動ユニットをさらに含むことができる。

本発明の実施形態によれば、電磁気力発生部の第1電磁気力部と第2電磁気力部がシリンダ部とピストン部に固定された状態で、電磁気力が印加されて前記ピストン部とシリンダ部が相対的に移動可能である。これによって、前記ピストン部に連結された制動ユニットなどを通じて作用部に所定の圧力を印加することができる。

特に、圧力印加のための空圧または油圧配管などを省略できるので、制動シリンダを相対的に単純に設計することができ、軽量化及び小型化設計が可能である。

一方、前記第1及び第2電磁気力部のうち、いずれか1つを永久磁石で構成して、他の1つのみに電流または電圧を印加すれば、電磁気力が発生するので、相対的に制御が容易であり、電流または電圧の印加に従う発熱を減らすことができ、電流または電圧印加のための付属装置の構造を単純化することができる。

また、前記電磁気力発生部に印加される電流及び電圧を可変制御して前記作用部に印加される圧力の大きさ及び印加時間などを制御できるので、容易な制御が可能である。

また、前記第1及び第2電磁気力部の斥力により前記ピストン部が前記シリンダ部の外部に移動して作用部に圧力を印加し、引力により前記ピストン部が前記シリンダの内部にまた移動して圧力を解除するので、前記作用部に制動力などの力を容易に印加することができる。

これとは異なり、前記引力の印加の代わりに、弾性部材の回復力により前記作用部に印加される圧力を解除することもできるので、単純な構造で前記作用部に制動力などの力を印加することができる。

また、前記第1及び第2電磁気力部のうち、永久磁石の以外の他の電子気力部には一般電磁石の他にハイブリッド電磁石を多様に適用できるので、設計の必要に従う多様性を向上させることができる。

延いては、前記電磁気力発生部に連結された放熱部を通じて電流や電圧の印加によって発生する熱を効果的に放熱できるので、耐久性及び作動信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態による電磁気制動シリンダを示すブロック図である。

図1の電磁気制動シリンダを示す断面図である。

図1の電磁気制動シリンダが電磁気力により動作される状態を示す断面図である。

本発明の他の実施形態による電磁気制動シリンダを示す断面図である。

本発明は多様な変更を加えることができ、さまざまな形態を有することができるところ、実施形態を本文に詳細に説明しようとする。しかしながら、これは本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするものでなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むことと理解されるべきである。 各図面を説明しながら類似の参照符号を類似の構成要素に対して使用した。第1、第2などの用語は多様な構成要素を説明することに使用できるが、前記構成要素は前記用語により限定されてはならない。

前記用語は1つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみに使われる。本出願で使用した用語は単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は明らかに文脈と相異する意味を有しない限り、複数の表現を含む。

本出願において、“含む”または“なされる”などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、1つまたはその以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないことと理解されるべきである。

相異する意味として定義されない限り、技術的または科学的な用語を含めて、ここで使われる全ての用語は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一な意味を有している。一般的に使われる辞典に定義されている用語は関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有することと解釈されなければならず、本出願で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解釈されない。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明しようとする。

図1は、本発明の一実施形態による電磁気制動シリンダを示すブロック図である。図2は、図1の電磁気制動シリンダを示す断面図である。

図1を参照すると、本実施形態による電磁気制動シリンダ10は、制御部100、シリンダ部200、電磁気力発生部300、放熱部350、ピストン部400、及び制動ユニット500を含む。

本実施形態では、前記電磁気力発生部300で発生した電磁気力により前記ピストン部400が移動するようになるが、前記制御部100は前記電磁気力発生部300で発生する電磁気力の強さと電磁気力印加時間などを制御する。

即ち、前記制御部100は外部信号に基づいて、前記電磁気力発生部300で電磁気力が発生するための電流または電圧の大きさを可変するか、或いは前記電流または電圧の印加時間を制御して、前記ピストン部400により印加される最終圧力の大きさ及び印加時間を調節する。

前記電磁気力発生部300は後述するが、第1及び第2電磁気力部310、320を含むが、本実施形態では前記第1及び第2電磁気力部310、320のうち、いずれか1つは永久磁石で構成される。これによって、前記第1及び第2電磁気力部310、320のうち、他の1つのみに電流または電圧の印加が必要であり、前記電磁気力発生部300では前記第1及び第2電磁気力部310、320のうち、他の1つに印加される電流または電圧の大きさを可変するか、または前記電流または電圧の印加時間を制御することができる。

前記電磁気力発生部300は、前記制御部100から印加を受けた電流または電圧に関する信号に基づいて電磁気力を発生して前記ピストン部400を前記シリンダ部200に対して相対的に移動させる。この場合、前記ピストン部400の移動方向は電磁気力の発生方向及び前記電磁気力発生部300の種類によって可変的であり、往復動可能に電磁気力を発生させることもできる。

一方、前記電磁気力発生部300に電流または電圧が印加されて電磁気力が発生する場合、前記電磁気力発生部300の温度が上昇するようになり、これによって、前記電磁気力発生部300の誤動作が発生するか、または耐久性が減少することがある。

したがって、本実施形態による電磁気制動シリンダ10は放熱部350を含み、前記放熱部350は前記電磁気力発生部300に隣接して配置されるか、または前記電磁気力発生部300に直接接触するように配置されて、前記電磁気力発生部300で発生する熱を外部に放熱する。

前述したように、本実施形態では前記電磁気力発生部300の前記第1及び第2電磁気力部310、320のうち、いずれか1つは永久磁石で構成されるので、永久磁石でない他の電子気力部で電流や電圧の印加に従う発熱が増加することがある。したがって、前記放熱部350は前記第1及び第2電磁気力部310、320のうち、いずれか1つのみに隣接するように配置されるか、または直接接触するように配置されて放熱を遂行することができる。

前記ピストン部400は、前記電磁気力発生部300で発生する電磁気力により前記シリンダ部200に対して相対的に移動して必要な外部に圧力を印加し、これによって必要な動作が遂行できる。

この場合、前記ピストン部400の移動によって制動動作が遂行されることができ、このために本実施形態による電磁気制動シリンダ10は前記制動ユニット500を含む。即ち、前記ピストン部400の移動によって前記ピストン部400と連結された前記制動ユニット500が図1の矢印方向に移動されることができ、前記制動ユニット500が前記矢印方向に移動される場合、外部の作用部600に直接作用して外部の作用部600の動作が制御できる。

例えば、前記作用部600が鉄道車両などの車輪の場合、前記制動ユニット500は前記作用部600の作用面に向けて移動して前記作用面との摩擦力を増加させて前記車輪の回転を減殺して、前記車輪を制動させるようになる。同様に、前記制動ユニット500が前記作用面と反対方向に移動するようになれば、前記作用面との摩擦力が減少して前記車輪はまた回転するようになる。

このように、前記ピストン部400は前記制動ユニット500と連結されて、外部の作用部600が車輪の場合、車輪の制動を遂行することができる。

これとは異なり、前記外部の作用部600は車輪の以外の多様な動作ユニットであってもよく、前記制動ユニット500は前記作用部600に圧力または摩擦力などを作用して前記作用部600の動作を制御することができる。

図2を参照して、本実施形態による前記電磁気制動シリンダ10をより具体的に説明すると、前記シリンダ部200は対向する第1及び第2面210、220、側部230、及び延長部240を含む。

前記第1面210は前記シリンダ部200の一端面を形成し、図2には図示されていないが、円形または多角形のプレート(plate)形状を有する。

前記第2面220は前記第1面210と所定距離離隔して対向し、中央部分が開口(open)された円形または多角形のプレート形状を有する。この場合、前記第1面210が円形プレート形状であれば、前記第2面220も円形プレート形状を有するように、前記第1及び第2面210、220は互いに同一なプレート形状に形成されることが好ましい。

前記第1面210と前記第2面220の端部、円周、または隅は、前記側部230により互いに連結される。即ち、前記第1及び第2面210、220が円形プレート形状の場合、前記側部230は前記第1面210の円柱形隅と前記第2面220の円柱形隅を互いに連結する。

したがって、前記第1及び第2面210、220と前記側部230は内部に第1収納空間201を形成する。

前記延長部240は前記第2面220の中央から延長され、前記延長部240の延長方向は前記第1または第2面210、220の延長方向と垂直でありうる。即ち、前記延長部240は一端部が前記第2面220の中央に形成された開口から延長されて、前記シリンダ部200は全体的に‘T’字型断面を形成する。

一方、前記延長部240の他端部は開口(open)されて、前記ピストン部400の移動を可能にする。

また、前記延長部240は円筒形または多角形柱形状に形成され、これによって内部には第2収納空間204が形成される。

前記ピストン部400は、底部410及び軸部420を含む。

前記底部410は前記第1収納空間201の内部に収納され、前記第1面210と同一なプレート形状に形成される。但し、前記底部410は前記第1収納空間201に収納されるために前記第1面210よりは小さな大きさに形成されることが好ましい。

前記底部410は前記第1収納空間201の略中央部分に位置して、前記第1収納空間201を第1サブ収納空間202及び第2サブ収納空間203に分離する。この場合、後述するが、前記第1収納空間201に前記電磁気力発生部300が配置される。

前記軸部420は前記底部410の中央から延長され、前記延長部240の延長方向と同一な方向に延長される。前記軸部420は前記第1収納空間201及び前記第2収納空間204の内部に共通に収納されることができ、前記軸部420の半径は前記延長部240の半径より小さく形成されることが好ましい。

但し、前記軸部420は前記底部410から前記第2収納空間204に向けて延長されるので、前記軸部420は前記底部410により分離される前記第1及び第2サブ収納空間202、203のうち、前記第2サブ収納空間203に収納される。

一方、前記ピストン部400は前記シリンダ部200の内部の第1及び第2収納空間201、204内で矢印で図示された方向に移動可能であり、これによって前記軸部420は前記延長部240の他端部に形成された開口を通じて外部に露出できる。

前記電磁気力発生部300は、第1電磁気力部310及び第2電磁気力部320を含む。

前述したように、前記第1及び第2電磁気力部310、320のうち、いずれか1つは永久磁石であり、他の1つは一般電磁石またはハイブリッド電磁石でありうる。但し、以下では、前記第2電磁気力部320が永久磁石の場合を例として説明する。

前記第1電磁気力部310は前記シリンダ部200の第1面210に固定され、前記第2電磁気力部320は前記ピストン部400の前記底部410に固定されて、前記第1及び第2電磁気力部310、320は対向するように配置される。

より具体的に、前記第1電磁気力部310は前記底部410と対向する位置に前記第1面210の外面に沿って固定され、前記第2電磁気力部310も前記第1面210と対向する位置に前記底部410の外面に沿って固定される。この場合、前記第1面210及び前記底部410が全て円形プレート形状であれば、前記第1及び第2電磁気力部310、320は各々円形ドーナツ(doughnut)形状でありうる。

このように、前記第1及び第2電磁気力部310、320が対向するように配置されて、前記第1及び第2電磁気力部310、320に形成される電磁気力により前記第1面210と前記底部410は相対的な移動が可能であり、これによって前記ピストン部400が前記シリンダ部200の内部で移動するようになる。

即ち、前記第2電磁気力部320が永久磁石で構成されるので、前記第1電磁気力部310に電流または電圧を印加して、これによって前記永久磁石との間で磁気力が形成されて前記ピストン部400は前記シリンダ部200の内部で移動するようになる。

図3は、図1の電磁気制動シリンダが電磁気力によって動作される状態を示す断面図である。

図2及び図3を参照すると、本実施形態による電磁気制動シリンダ10では前記制御部100の動作信号によって電流または電圧の強さ及び印加時間などの命令が前記電磁気力発生部300に提供され、前記電磁気力発生部300では電磁気力を発生させる。

即ち、前記命令によって、前記第1電磁気力部310で電磁気力が発生し、永久磁石である前記第2電磁気力部320との間で斥力が発生すれば、前記底部410は前記第2面220に向けて移動し、これによって前記ピストン部400は前記シリンダ部200の内部で図3の矢印方向に移動する。

この場合、前記ピストン部400の移動距離(D)は前記第1及び第2電磁気力部310、320の間の最大離隔距離と同一である。即ち、前記第1及び第2面210、220の間の離隔距離によって可変的でありえる。

この後、前記第1電磁気力部310に印加される電流または電圧の方向を変えて永久磁石である前記第2電磁気力部320との間で引力が発生すれば、前記底部410は前記第2面220から離れて前記第1面210に向けて移動され、これによって前記ピストン部400は図2に図示された位置に復帰するようになる。

延いては、必要の場合、前記第1電磁気力部310に印加される電流または電圧の方向を変えながら前記第2電磁気力部320との間で斥力と引力が反復的に発生するように電磁気力を誘導すれば、前記ピストン部400は前記シリンダ部200内で往復動を遂行するようになる。

このように、前記ピストン部400の往復運動により、前記ピストン部400の端部に連結された制動ユニット500も往復運動の遂行が可能であり、前記ピストン部400から印加される圧力が前記制動ユニット500を通じて前記作用部600に伝達されて、前記作用部600に所定の動作を誘導できるようになる。

図4は、本発明の他の実施形態による電磁気制動シリンダを示す断面図である。

本実施形態による電磁気制動シリンダ20は、弾性部材450をさらに含むことを除いては、図1から図3を参照して説明した電磁気制動シリンダ10と構造、形状及び動作と実質的に同一であるので、同一な参照番号を使用して重複説明を省略する。

図4を参照すると、本実施形態による前記電磁気制動シリンダ20は、前記底部410と前記第2面220との間に弾性部材450が固定される。即ち、前記弾性部材450は前記第2サブ収納空間202に配置され、前記第1及び第2電磁気力部310、320とは互いに分離された空間に配置される。

具体的に、前記弾性部材450は前記底部410に固定された前記軸部420の一端部から所定の距離だけの前記軸部420の外面に固定される。即ち、前記弾性部材450の一端部は前記底部410に固定され、前記弾性部材450の他端部は前記第2面220に固定されて、前記底部410と前記第2面220との間は前記弾性部材450が有する弾性力により支持される。

この場合、前記弾性部材450はばねでありうる。

本実施形態による前記電磁気制動シリンダ20は、図3を参照して説明した前記電磁気制動シリンダ10と同様に、前記制御部100の動作信号によって電流または電圧の強さ及び印加時間などの命令が前記電磁気力発生部300に提供され、前記電磁気力発生部300では電磁気力を発生させる。

即ち、前記命令によって、前記第1電磁気力部310で電磁気力が発生し、永久磁石である前記第2電磁気力部320との間で斥力が発生すれば、前記底部410は前記第2面220に向けて移動し、これによって前記ピストン部400は前記シリンダ部200の内部で図3の矢印方向に移動する。

但し、本実施形態では前記底部410が前記第2面220に向けて移動することによって、前記弾性部材450は圧縮されて所定の弾性回復力を有するようになる。

この後、前記第1電磁気力部310に印加される電流または電圧が遮断されて永久磁石である前記第2電磁気力部320との間で斥力が消滅されれば、前記底部410は前記底部410と前記第2面220との間に固定された前記弾性部材450の弾性回復力により前記第2面220から離れて移動され、これによって前記ピストン部400は図2に図示された位置に復帰するようになる。

したがって、本実施形態では別途の前記第1電磁気力部310と前記第2電磁気力部320との間に引力を発生させるための電流または電圧の印加を必要とせず、前記弾性部材450の弾性回復力を通じて前記ピストン部400は図4に図示された位置に復帰することができる。

同様に、本実施形態による前記電磁気制動シリンダ20も前記ピストン部400の往復運動により、前記ピストン部400の端部に連結された制動ユニット500も往復動の遂行が可能であり、前記ピストン部400から印加される圧力が前記制動ユニット500を通じて前記作用部600に伝達されて、前記作用部600に所定の動作を誘導できるようになる。

前記のような本発明の実施形態によれば、電磁気力発生部の第1電磁気力部と第2電磁気力部がシリンダ部とピストン部に固定された状態で電磁気力が印加されて、前記ピストン部とシリンダ部が相対的に移動可能である。これによって、前記ピストン部に連結された制動ユニットなどを通じて作用部に所定の圧力を印加することができる。

特に、圧力印加のための空圧または油圧配管などを省略できるので、制動シリンダを相対的に単純に設計することができ、軽量化及び小型化設計が可能である。

一方、前記第1及び第2電磁気力部のうち、いずれか1つを永久磁石で構成して、他の1つのみに電流または電圧を印加すれば、電磁気力が発生するので、相対的に制御が容易であり、電流または電圧の印加に従う発熱を減らすことができ、電流または電圧印加のための付属装置の構造を単純化することができる。

また、前記電磁気力発生部に印加される電流及び電圧を可変制御して前記作用部に印加される圧力の大きさ及び印加時間などを制御できるので、容易な制御が可能である。

また、前記第1及び第2電磁気力部の斥力により前記ピストン部が前記シリンダ部の外部に移動して作用部に圧力を印加し、引力により前記ピストン部が前記シリンダの内部にまた移動して圧力を解除するので、前記作用部に制動力などの力を容易に印加することができる。

これとは異なり、前記引力の印加の代わりに、弾性部材の回復力により前記作用部に印加される圧力を解除することもできるので、単純な構造で前記作用部に制動力などの力を印加することができる。

また、前記第1及び第2電磁気力部のうち、永久磁石の以外の他の電子気力部には一般電磁石の他にハイブリッド電磁石を多様に適用できるので、設計の必要に従う多様性を向上させることができる。

延いては、前記電磁気力発生部に連結された放熱部を通じて電流や電圧の印加によって発生する熱を効果的に放熱できるので、耐久性及び作動信頼性を向上させることができる。

前記では本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解することができる。

本発明に従う電磁気制動シリンダは鉄道車両や大型車両の制動部に使用できる産業上利用可能性を有する。

10 電磁気制動シリンダ 100 制御部 200 シリンダ部 201 第1収納空間 202 第1サブ収納空間 203 第2サブ収納空間 204 第2収納空間 210 第1面 220 第2面 230 側部 240 延長部 300 電磁気力発生部 310 第1電磁気力部 320 第2電磁気力部(永久磁石) 350 放熱部 400 ピストン部 410 底部 420 軸部 450 弾性部材 500 制動ユニット 600 作用部