KR101585666B1 - 와전류 제동 장치 - Google Patents

Abstract

와전류 제동 장치는, 드럼, 차체에 고정되는 상태로 상기 드럼 내에 배치되며 일측에 상기 드럼과 마주하게 배치되어 와전류를 유도하는 와전류 스테이터를 구비하고 타측에 양방향 스테이터를 구비하는 고정 멤버, 그리고 상기 양방향 스테이터와 마주하게 배치되는 상태로 구동 샤프트에 연결되며 상기 양방향 스테이터와의 조합에 의해 유도 전동기를 형성하는 양방향 로터를 포함한다.

Description

와전류 제동 장치{Eddy current braking device}

본 발명은 제동 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 와전류(eddy current)를 이용하는 제동 장치에 관한 것이다.

종래의 차량 등에 사용되는 유압식 브레이크는 트럭과 같은 큰 하중을 제동시킬 경우 충분한 제동력 확보가 어렵고 패드의 마모가 빠르게 진행되는 문제가 있었다.

이러한 단점을 개선하기 위해 와전류 브레이크 장치(eddy current braking device)가 개발되고 있다. 기존의 와전류 브레이크 장치는 와전류와 와전류를 통과하는 자속 경로(magnetic path)의 상호 작용에 의해 발생되는 힘에 의해 제동력을 얻는다. 와전류 제동 장치는 통상의 제동 장치에 사용되는 마찰재가 필요없는 비 접촉식 방식을 가지기 때문에 마찰재를 사용하는 제동 장치에서 발생할 수 있는 접촉 소음 및 마찰재 마모 등의 문제점을 근원적으로 해소할 수 있는 장점이 있다.

그러나 와전류는 속도에 비례하여 생성되므로 저속 구간에서는 기존의 와전류 제동 장치는 제동력을 거의 상실하는 문제점이 있었다.

한편, 저속 구간에서의 제동력 확보를 위해 한국 등록특허 10-1231056호가 소개된 바 있으나, 이에 소개된 와전류 브레이크 장치는 별도의 영구자석과 자성체를 이용하여 저속 시 와전류 발생을 유도하여 제동력을 확보하는 방식을 가지는데 구조가 복잡하고 자성체의 이동 구조가 안정적이지 못한 문제점이 있다.

한국 등록특허공보 10-1251056

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 도출된 것으로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구조가 간단하고 안정적인 제동이 가능한 와전류 제동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 와전류 제동 장치는, 드럼, 차체에 고정되는 상태로 상기 드럼 내에 배치되며 일측에 상기 드럼과 마주하게 배치되어 와전류를 유도하는 와전류 스테이터를 구비하고 타측에 양방향 스테이터를 구비하는 고정 멤버, 그리고 상기 양방향 스테이터와 마주하게 배치되는 상태로 구동 샤프트에 연결되며 상기 양방향 스테이터와의 조합에 의해 유도 전동기를 형성하는 양방향 로터를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류 제동 장치는 상기 드럼 내면에 설치되는 구리 플레이트를 더 포함할 수 있다.

상기 와전류 스테이터는 권선형 스테이터일 수 있다.

상기 와전류 스테이터는 영구 자석형 스테이터일 수 있다.

상기 양방향 스테이터와 상기 양방향 로터는 권선형 방식일 수 있고, 양자가 요크를 공유하는 일체형으로 구성될 수 있다.

상기 양방향 스테이터와 상기 양방향 로터는 영구 자석형 방식일 수 있다.

차량 속도가 제1 설정 속도 이상인 고속 영역에서는 상기 와전류 스테이터에 의한 와전류만에 의해 감속이 이루어지며, 차량 속도가 제2 설정 속도 이하인 저속 영역에서는 상기 유동 전동기가 상기 구동 샤프트의 구동 방향과 반대 방향의 모터링 동작을 하여 차량을 정지시키고, 차량 속도가 상기 제1 설정 속도와 상기 제2 설정 속도 사이인 중속 영역에서는 상기 와전류와 상기 유도 전동기에 의한 발전 제동력에 의해 차량 감속이 이루어지며, 차량 정지 시에는 상기 유도 전동기의 전기적 락킹(locking)에 의해 차량이 완전히 제동될 수 있다.

본 발명에 의하면, 고정 멤버의 일측에 와전류 스테이터가 구비되고 타측에 양방향 스테이터가 구비됨으로써, 구조가 간단해진다.

나아가 와전류 스테이터에 의해 유도되는 와전류에 의한 제동 및 양방향 스테이터와 양방향 로터로 구성되는 유도 전동기의 모터링 작동에 의한 제동의 조합에 의해 효과적인 제동이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 와전류 제동 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와전류 제동 장치의 개략적인 구조를 보여주는 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 와전류 제동 장치는 차량의 제동 장치로 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 와전류 제동 장치는 드럼(10)을 포함할 수 있으며, 드럼(10)은 휠의 일부로서 차륜과 일체로 회전할 수 있도록 차륜(도시되지 않음)에 연결될 수 있다.

드럼(10)은 와전류가 흐를 수 있는 철과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 한편, 드럼(10)의 내면에는 구리 플레이트(11)가 설치될 수 있는데, 구리 플레이트(11)는 전기 전도성이 양호하여 와전류에 의한 제동 성능 향상을 도모할 수 있다.

고정 멤버(20)가 차체(도시되지 않음)에 고정되는 상태로 드럼(10) 내에 배치된다. 고정 멤버(20)의 외측에는 와전류 스테이터(eddy current stator)(21)가 구비되고 내측에는 양방향 스테이터(23)가 구비될 수 있다. 그리고 고정 멤버(20)는 와전류 스테이터(21)와 양방향 스테이터(23)가 각각 고정되는 중공 실린더 형태의 몸체(25)를 포함할 수 있다. 즉, 와전류 스테이터(21)는 드럼(10)의 내면을 마주하도록 중공 실린더 형태의 몸체(25)의 외주면에 고정되고, 양방향 스테이터(23)는 중공 실린더 형태의 몸체(25)의 내주면에 고정된다.

와전류 스테이터(21)는 권선형 스테이터로 구현될 수 있으며, 예를 들어 요크, 그리고 이에 설치되는 권선 코일(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 한편, 와전류 스테이터(21)는 영구 자석형 스테이터로 구현될 수도 있다.

이때, 와전류 스테이터(21)와 드럼(10) 내면 또는 구리 플레이트(11)의 내면 사이에는 에어 갭(air gap)(26)이 형성된다.

고정 멤버(20)의 내측에는 양방향 로터(27)가 배치되며, 양방향 로터(27)는 구동 샤프트(40)에 연결된다. 구동 샤프트(40)는 드럼(10)과 구동력을 드럼(10)에 전달하여 휠을 구동할 수 있도록 드럼(10)과 함께 회전할 수 있도록 드럼(10)에 연결되며, 양방향 로터(27)는 구동 샤프트(40)와 일체로 회전하도록 연결된다.

양방향 로터(27)는 양방향 스테이터(23)와 마주하게 배치되며, 양방향 스테이터(23)와 양방향 로터(27)의 조합에 의해 유도 전동기가 형성된다. 예를 들어, 양방향 로터(27)는 철로 형성되는 원통형 부재(29)의 외면에 형성될 수 있으며, 원통형 부재(29)의 중심부에 구동 샤프트(40)에 연결될 수 있다.

양방향 스테이터(23) 및 양방향 로터(27)는 권선형 방식일 수도 있고 영구자석 방식일 수도 있다.

이때, 양방향 스테이터(23)와 양방향 로터(27) 사이에도 에어 갭(28)이 형성된다.

양방향 스테이터(23)와 와전류 스테이터(21)가 권선형 방식인 경우 양자가 요크를 공유하는 일체형으로 형성될 수 있다. 즉, 위에서 설명한 고정 멤버(20)의 몸체(25)가 요크 형태로 형성되며 그 양측에 코일이 권선되어 와전류 스테이터(21)와 양방향 스테이터(23)를 형성할 수 있다.

양방향 스테이터(23)와 와전류 스테이터(21)가 요크를 공유함으로써 구조가 간단해지고 반경 방향 크기를 크게 줄일 수 있다.

한편, 와전류 제동 장치의 제동 작동을 제어하기 위한 컨트롤러(도시되지 않음)가 구비될 수 있으며, 컨트롤러는 와전류 스테이터(21) 및 유도 전동기를 구성하는 양방향 스테이터(23)와 양방향 로터(27)를 제어하여 제동 과정을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 와전류 제동 장치에서는, 차량 속도가 제1 설정 속도 이상인 고속 영역에서는 와전류 스테이터(21)에 의한 와전류만에 의해 감속이 이루어질 수 있으며, 차량 속도가 제2 설정 속도 이하인 저속 영역에서는 양방향 스테이터(23)와 양방향 로터(27)로 구성되는 유도 전동기가 구동 샤프트(40)의 구동 방향과 반대 방향의 모터링 동작을 하여 차량을 정지시킬 수 있고, 차량 속도가 제1 설정 속도와 제2 설정 속도 사이인 중속 영역에서는 와전류와 유도 전동기에 의한 발전 제동력에 의해 차량 감속이 이루어질 수 있으며, 차량 정지 시에는 유도 전동기의 전기적 락킹(locking)에 의해 차량이 완전히 제동될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

10: 드럼
20: 고정 멤버
21: 와전류 스테이터
23: 양방향 스테이터
25: 몸체
27: 양방향 로터
26, 28: 에어 갭
40: 구동 샤프트

Claims (7)

1. 드럼,
   차체에 고정되는 상태로 상기 드럼 내에 배치되며 일측에 상기 드럼과 마주하게 배치되어 와전류를 유도하는 와전류 스테이터를 구비하고 타측에 양방향 스테이터를 구비하는 고정 멤버,
   상기 양방향 스테이터와 마주하게 배치되는 상태로 구동 샤프트에 연결되며 상기 양방향 스테이터와의 조합에 의해 유도 전동기를 형성하는 양방향 로터를 포함하고,
   차량 속도가 제1 설정 속도 이상인 고속 영역에서는 상기 와전류 스테이터에 의한 와전류만에 의해 감속이 이루어지며, 차량 속도가 제2 설정 속도 이하인 저속 영역에서는 상기 유동 전동기가 상기 구동 샤프트의 구동 방향과 반대 방향의 모터링 동작을 하여 차량을 정지시키고, 차량 속도가 상기 제1 설정 속도와 상기 제2 설정 속도 사이인 중속 영역에서는 상기 와전류와 상기 유도 전동기에 의한 발전 제동력에 의해 차량 감속이 이루어지며, 차량 정지 시에는 상기 유도 전동기의 전기적 락킹(locking)에 의해 차량이 완전히 제동되는 와전류 제동 장치.
2. 제1항에서,
   상기 드럼 내면에 설치되는 구리 플레이트를 더 포함하는 와전류 제동 장치.
3. 제1항에서,
   상기 와전류 스테이터는 권선형 스테이터인 와전류 제동 장치.
4. 제1항에서,
   상기 와전류 스테이터는 영구 자석형 스테이터인 와전류 제동 장치.
5. 제1항에서,
   상기 양방향 스테이터와 상기 양방향 로터는 권선형 방식이고, 양자가 요크를 공유하는 일체형으로 구성되는 와전류 제동 장치.
6. 제1항에서,
   상기 양방향 스테이터와 상기 양방향 로터는 영구 자석형 방식인 와전류 제동 장치.
7. 삭제

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