KR102004251B1 - 철도 차량용 전기기계식 답면 제동장치 - Google Patents

Abstract

철도 차량용 전기기계식 답면 제동장치는 제륜자가 장착되는 슈홀더, 상기 슈홀더를 고정하는 슈홀더 링크, 및 상기 슈홀더를 구동시키는 액츄에이터를 포함하며, 상기 액츄에이터는 프레임부, 나사드럼, 적어도 하나 이상의 나사판, 입력기어, 푸쉬 엑슬 및 푸쉬 로드를 포함한다. 상기 프레임부는 내부에 수납공간을 형성한다. 상기 나사드럼은 상기 수납공간에 수납되며, 내면에 나사산이 형성된다. 상기 적어도 하나 이상의 나사판은 상기 나사산을 따라 상기 나사드럼에 대하여 상대적으로 회전한다. 상기 입력기어는 상기 나사드럼과 상기 나사판의 상대적인 회전 구동력을 제공한다. 상기 푸쉬 엑슬은 상기 나사드럼 및 상기 나사판 중 어느 하나에 연결되며, 상기 나사드럼과 상기 나사판의 상대적인 회전 구동에 따라 전진 또는 후진한다. 상기 푸쉬 로드는 상기 푸쉬 엑슬의 끝단에 연결되어 상기 슈홀더를 구동시킨다.

Description

철도 차량용 전기기계식 답면 제동장치{ELECTRO-MECHANIC TREAD BRAKING APPARATUS FOR RAILWAY VEHICLE}

본 발명은 전기기계식 답면 제동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량에 적용되어 전기모터를 이용하여 고응답성 및 고신뢰성을 가지며 제동을 수행하는 철도 차량용 전기기계식 답면 제동장치에 관한 것이다.

종래 철도차량의 제동에 있어서 사용되는 답면 제동장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 차륜과 접촉함으로써 제동력을 제공하는 제륜자와 상기 제륜자가 장착되는 슈홀더(2), 상기 슈홀더(2)가 정위치에 위치하도록 고정하는 슈홀더 링크(3), 및 공압이나 유압을 이용하여 제동력을 발생시키는 액츄에이터를 포함하며, 이 경우 상기 액츄에이터는 공압이나 유압으로 힘을 발생시키는 실린더(4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한, 종래 공압이나 유압을 이용한 답면 제동장치의 경우, 대부분의 국내의 철도차량에 적용되고 있으나, 낮은 효율, 느린 응답특성, 압축기나 제습기 등과 같은 부수적인 장비 설치에 따른 유지보수비용의 증가 등의 문제가 있다.

이에 따라, 종래 공압이나 유압을 이용한 제동장치에 대한 문제를 해결하기 위해 대한민국 등록 특허 제10-1614896호에서는 전기신호에 기초한 전기모터식 모듈형 제동 시스템에 관한 기술을 개시하여 전기 모터를 이용하여 상기 유압이나 공압을 이용한 제동장치의 문제를 해결한 기술을 개시하고는 있다.

그러나, 아직까지 답면 제동장치에 전기모터 등을 이용한 전기모터식 제동 시스템이 적용되고 있지는 않으며, 특히, 전기모터식 제동 시스템의 적용에 있어서 현재까지는 단순히 볼 스크류를 통한 마찰재의 수평이동의 개념만 제시되고 있으며, 실제 철도 차량에 적용하는 경우 외력 등이 전달됨에 따른 구조적 안정성이나 안정적인 제동력 제공을 위한 세부적인 제동 시스템에 대한 설계가 구체적으로 완성되지는 않고 있는 상황이다.

대한민국 등록특허 제10-1614896호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 전기모터가 갖는 고응답성 및 고신뢰성을 가지며, 제동장치의 소형화 및 경량화가 가능하고, 안정적인 제동력 제공이 가능한 철도 차량용 전기기계식 답면 제동장치에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 답면 제동장치는 제륜자가 장착되는 슈홀더, 상기 슈홀더를 고정하는 슈홀더 링크, 및 상기 슈홀더를 구동시키는 액츄에이터를 포함하며, 상기 액츄에이터는 프레임부, 나사드럼, 적어도 하나 이상의 나사판, 입력기어, 푸쉬 엑슬 및 푸쉬 로드를 포함한다. 상기 프레임부는 내부에 수납공간을 형성한다. 상기 나사드럼은 상기 수납공간에 수납되며, 내면에 나사산이 형성된다. 상기 적어도 하나 이상의 나사판은 상기 나사산을 따라 상기 나사드럼에 대하여 상대적으로 회전한다. 상기 입력기어는 상기 나사드럼과 상기 나사판의 상대적인 회전 구동력을 제공한다. 상기 푸쉬 엑슬은 상기 나사드럼 및 상기 나사판 중 어느 하나에 연결되며, 상기 나사드럼과 상기 나사판의 상대적인 회전 구동에 따라 전진 또는 후진한다. 상기 푸쉬 로드는 상기 푸쉬 엑슬의 끝단에 연결되어 상기 슈홀더를 구동시킨다.

일 실시예에서, 상기 나사드럼이 회전하고, 상기 나사드럼의 회전에 따라 상기 나사판은 전진 또는 후진할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 프레임부는, 상기 푸쉬 엑슬이 관통하는 전면 프레임, 및 상기 전면 프레임으로부터 연장되어 상기 나사드럼의 외부를 커버하는 측부 프레임을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전면 프레임에는 상기 푸쉬 엑슬이 이동되는 리니어 가이드가 형성되며, 상기 측부 프레임의 내면과 상기 나사드럼의 외면 사이에는 회전 베어링이 고정될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 푸쉬 엑슬의 일단에는 상기 푸쉬 로드가 연결되고, 상기 푸쉬 엑슬의 타단에는 소정 간격 이격된 두 개의 나사판들이 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 나사 드럼의 후면(後面)에는 상기 입력기어가 연결되고, 상기 나사 드럼의 전면(前面)은 개방되어 상기 푸쉬 엑슬이 관통될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 나사판이 회전하고, 상기 나사판의 회전에 따라 상기 나사드럼은 전진 또는 후진할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 프레임부는 상기 나사드럼의 외부를 커버하는 측부 프레임을 포함하며, 상기 측부 프레임의 내면과 상기 나사드럼의 외면 사이에는 상기 나사드럼의 이동을 가이드하는 가이드유닛이 고정될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 푸쉬 엑슬은, 상기 나사드럼의 전면(前面)과 상기 푸쉬 로드 사이에 연결되는 제1 푸쉬엑슬을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 프레임부는 상기 측부 프레임으로부터 연장되며 상기 제1 푸쉬 엑슬이 관통하는 전면 프레임을 더 포함하며, 상기 전면 프레임에는 상기 제1 푸쉬 엑슬이 이동되는 리니어 가이드가 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 푸쉬 엑슬은, 상기 나사드럼의 개방된 후면(後面)을 관통하며, 일단에는 소정 간격 이격된 두 개의 나사판들이 연결되고, 타단에는 상기 입력기어가 연결된 제2 푸쉬 엑슬을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가이드유닛은, 양 끝단에 위치하여 상기 나사드럼의 이동 거리를 제한하는 전방 및 후방 스토퍼들을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 나사드럼의 개방된 후면(後面)을 관통하며, 일단에는 하나의 나사판이 연결되고, 타단에는 상기 입력기어가 연결된 내부 나사드럼을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 내부 나사드럼의 외면에는 나사산이 형성되며, 상기 나사드럼의 후면(後面)에는 상기 내부 나사드럼의 나사산과 맞물리는 연장부가 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 프레임부는 상기 측부 프레임으로부터 연장되는 후면 프레임을 더 포함하며, 상기 후면 프레임과 상기 입력기어 사이에는 회전 베어링이 고정될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 액츄에이터는, 구동력을 발생시키는 모터, 상기 모터의 구동력을 증폭하는 감속기, 및 상기 증폭된 구동력을 추가로 제어하며, 방향을 전환하여 상기 구동부로 제공하는 동력 전달부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 전기적인 신호를 통해 제동장치의 동작을 제어하므로, 종래 유압이나 공압에 의한 제동 시스템과 대비하여 공주시간을 단축할 수 있으며, 외부 온도 등과 같은 환경 변화와 무관하게 높은 재현성으로 제동력을 일정하게 발생시킬 수 있다.

또한, 종래 제동 시스템과 비교하여 시스템의 경량화 및 소형화가 가능하여, 상대적으로 경량 열차나 2층 열차 등의 열차 시스템에의 적용성이 향상된다.

또한, 나사드럼과 나사판의 상대적인 회전 구동에 제공되는 회전 구동력을 푸쉬 엑슬의 왕복 운동으로 변환하여 제동 시스템을 구현할 수 있으며, 나사산이 형성됨에 따라 상기 푸쉬 엑슬의 스트로크를 정확하게 제어할 수 있다.

또한, 나사드럼의 회전 구동 또는 왕복 구동에 따라, 회전 베어링의 고정 위치를 달리하거나 슬라이딩을 구현할 수 있는 가이드 유닛을 배치함으로써, 액츄에이터 구동을 최적화하여 제동 정확도와 빠른 응답 특성을 유지할 수 있다.

또한, 소정 간격 이격된 나사판들을 구비하거나, 나사드럼의 후면에 연장부가 형성되어 나사판의 기능을 구현하도록 설계함으로써, 실제 철도 차량의 제동시 발생하는 외력에 대한 저항성을 향상시켜, 제동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

특히, 하나의 나사판을 구비하되 연장부를 통해 나사판의 기능을 구현한 설계를 통해, 푸쉬 엑슬의 스트로크를 극대화할 수 있다.

또한, 프레임부가 전면 프레임을 포함하여 푸쉬 엑슬의 스트로크를 제한함과 동시에 푸쉬 엑슬의 왕복 운동을 가이드할 수 있으며, 전면 프레임이 생략되는 경우 상기 가이드 유닛이 전방 또는 후방 스토퍼를 포함하여 푸쉬 엑슬의 스트로크를 제한하여, 안정적인 제동을 수행할 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 답면 제동장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 답면 제동장치를 도시한 모식도이다.
도 3은 도 2의 액츄에이터의 내부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 답면 제동장치의 액츄에이터 내부를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 답면 제동장치의 액츄에이터 내부를 도시한 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 답면 제동장치를 도시한 모식도이다. 도 3은 도 2의 액츄에이터의 내부를 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 답면 제동장치(10)는 슈홀더(600), 슈홀더 링크(500) 및 엑츄에이터(100)를 포함한다.

상기 슈홀더(600)에는 제륜자(700)가 장착되며, 상기 제륜자(700)는 철도 차량의 차륜(미도시)의 답면과 마찰되어 제동력을 발생시킨다.

상기 슈홀더 링크(500)는 상기 슈홀더(600)를 고정하며, 상기 액츄에이터(100)로부터 연장된 암(510)에 연결된다. 이 경우, 상기 암(510)에는 탄성체, 예를 들어 스프링이 장착되어, 상기 슈홀더(600)가 상기 액츄에이터(100)의 후술되는 푸쉬 로드에 밀착되도록 한다.

또한, 상기 슈홀더(600)는 상기 슈홀더 링크(500)에 대하여 회전 가능하도록 연결됨에 따라, 상기 차륜의 답면이나 상기 제륜자(700)의 마모 등의 상태에 따라 최적의 위치나 각도로 위치할 수 있다.

상기 액츄에이터(100)는 동력전달부(110), 감속기(120), 모터 제어기(130), 모터(140) 및 구동부(150)를 포함하며, 상기 슈홀더(600)를 구동시킨다.

우선, 상기 모터(140)는 동력을 발생시키며, 상기 모터 제어기(130)에 의해 상기 모터(140)로부터 발생되는 동력이 다양하게 제어된다.

상기 감속기(120)는 상기 모터(140)로부터 발생된 동력을 1차적으로 증폭하여 상기 동력전달부(110)로 제공하며, 상기 동력전달부(110)는 상기 감속기(120)를 통해 전달된 동력을 추가로 제어한 후, 동력의 방향을 전환하여 상기 구동부(150)로 전달한다.

이와 같이 상기 모터(140)에서 발생된 구동력은 상기 구동부(150)로 제공되며, 상기 구동부(150)의 구동에 따라 상기 슈홀더(600)가 구동되어, 상기 제륜자(700)에 의한 제동 동작이 구현된다.

보다 구체적으로, 도 3을 참조하여, 상기 액츄에이터(100)의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.

도 3의 상기 액츄에이터(100)에는 상기 모터(140), 상기 모터 제어기(130), 상기 감속기(120) 및 상기 동력전달부(110)의 구성을 생략하였으며, 상기 구동부(150)를 중심으로 도시하였다. 이 경우, 상기 모터(140), 상기 모터 제어기(130), 상기 감속기(120) 및 상기 동력전달부(110)는 상기 액츄에이터(100)의 내부에 적절한 위치에 설치될 수 있다.

한편, 상기 액츄에이터(100)는 내부에 수납공간(165)을 형성하는 프레임부(160)를 더 포함하며, 본 실시예에서 상기 프레임부(160)는 전면 프레임(161), 및 상기 전면 프레임(161)으로부터 연장된 측부 프레임(162)을 포함한다.

상기 전면 프레임(161)과 상기 측부 프레임(162)은 도시된 바와 같이 서로 수직한 방향으로 연장될 수 있으며, 상기 전면 프레임(161)은 원형 플레이트의 형상을 가지며 이에 따라 측부 프레임(162)은 원통형 형상의 측면 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 프레임부(!60)의 전체적인 형상은 실린더 형상일 수 있다. 이와 달리, 상기 프레임부(160)의 전체적인 형상은 다양하게 변형될 수 있다.

상기 구동부(150)는 입력기어(151), 나사드럼(152), 제1 나사판(154), 제2 나사판(155), 회전 베어링(156), 푸쉬 엑슬(157) 및 푸쉬 로드(159)를 포함한다.

상기 입력기어(151)는 상기 나사드럼(152)의 후면(後面)에 연결되어, 상기 동력전달부(110)로부터 전달되는 동력을 제공받아 회전한다. 이에 따라, 상기 입력기어(151)가 회전함에 따라 상기 나사드럼(152)도 동시에 회전한다.

상기 나사드럼(152)은 상기 수납공간(165)의 내부에 수납되며, 전체적으로 실린더 형상을 가질 수 있다.

이 경우, 상기 나사드럼(152)의 후면(後面)은 앞서 설명한 바와 같이 상기 입력기어(151)에 고정되며, 상기 나사드럼(152)의 측면의 내면에는 도시된 바와 같이 나사산(153)이 형성된다. 한편, 상기 나사드럼(152)의 전면(前面)은 개구되며 후술되는 상기 푸쉬 엑슬(157)이 통과한다.

상기 나사드럼(152)의 내면에 형성된 상기 나사산(153)에는 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155)이 맞물린다.

이 경우, 상기 나사드럼(152)은 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155)에 대하여 회전하므로, 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155)은 상기 나사드럼(152)의 회전에 따라 전방 또는 후방으로 왕복이송된다.

한편, 상기 나사드럼(152)이 실린더 형상을 가지는 경우, 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155)은 원형 플레이트 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 나사판(154)과 상기 제2 나사판(155)은 도시된 바와 같이 소정거리 이격되며, 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155)을 관통하여 상기 푸쉬 엑슬(157)이 연장된다.

본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155)이 한 쌍으로 서로 이격되어 배치됨에 따라, 상기 푸쉬 엑슬(157)의 왕복 이동 거리의 제어를 보다 정확하게 하여 제어 성능을 향상시킬 수 있으며, 상기 푸쉬 엑슬(157)의 연장 방향에 대하여 상기 푸쉬 엑슬(157)로부터 제동에 따라 전달되는 저항력 또는 외력에 대한 저항력을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 구동부(150)의 구동의 안정성 및 신뢰성과 내구성이 향상될 수 있다.

나아가, 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155) 사이의 이격 거리는 상기 나사드럼(152)의 크기나 구조, 또는 제동 제어의 성능이나 효율 등을 전반적으로 고려하여 설정될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 'A'는 상기 나사드럼(152)의 후면과 상기 제2 나사판(155) 사이의 거리로서, 상기 푸쉬 엑슬(157)의 최대 가능 스트로크로 정의된다. 이 경우, 상기 푸쉬 엑슬(157)의 최대 스트로크인 'A'를 모두 사용할 수 있으나, 일반적으로는 상기 최대 스트로크보다 적은 'B'만큼의 스트로크를 사용하여 제동을 수행하게 되며, 이 경우, 남은거리 'C는 상기 푸쉬 엑슬(157)의 스트로크를 조절할 수 있는 조정 가능한 거리의 범위가 된다.

이 경우, 상기 조정 가능한 거리 'C'는, 전술한 모터 제어기(130)에서 제동 체결 과정에서 인식된 제동 작용 시점보다 일정거리 뒤의 지점으로 후퇴하여 제륜자와 차륜 간의 거리를 일정하게 유지하는 자동간격조정기능을 수행하는데, 이러한 자동간격조정기능에 의해 조정될 수 있는 거리로 정의될 수 있다.

상기 측부 프레임(162)의 내면과 상기 나사드럼(152)의 외면 사이에는 상기 회전 베어링(156)이 배치되며, 이에 따라 상기 나사드럼(152)은 상기 측부 프레임(162)에 대하여 회전하게 된다.

이 경우, 상기 회전 베어링(156)은 상기 나사드럼(152)의 회전만을 가능하도록 구속하여 상기 나사드럼(152)이 전후방으로 왕복운동하는 것을 제한한다.

또한, 상기 회전 베어링(156)은 도 3에서는 하나가 배치된 것을 도시하였으나, 복수개가 배치될 수도 있다.

상기 푸쉬 엑슬(157)은 일단에는 상기 푸쉬 로드(159)가 연결되고, 타단에는 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155)이 연결된다.

그리하여, 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155)이 상기 나사드럼(152)의 회전에 따라 전진 또는 후진하며 왕복운동 하면, 상기 푸쉬 엑슬(157)도 전진 또는 후진하며 왕복운동을 한다.

이에 따라, 상기 푸쉬 로드(159)는 상기 푸쉬 엑슬(157)의 끝단에서, 상기 슈홀더(600)를 전진 또는 후진시키게 되며, 상기 슈홀더(600)가 전진하면 상기 제륜자(700)는 철도 차량의 차륜 답면과 접촉되어 마찰력을 높이며 제동을 수행하고, 상기 슈홀더(600)가 후진하면 상기 제륜자(700)는 철도 차량의 차륜 답면으로부터 멀어져 제동이 중단된다.

이 경우, 상기 프레임부(160)의 전면 프레임(161)에는 리니어 가이드(164)가 형성되어, 상기 푸쉬 엑슬(157)이 상기 전면 프레임(161)을 통과하며 전방 또는 후방으로 왕복운동하는 것을 가이드한다.

이상과 같이, 상기 입력기어(151)로부터 제공되는 회전 구동력이 상기 나사드럼(152)을 회전시키고, 이에 따라 상기 제1 및 제2 나사판들(154, 155)의 왕복운동이 유도되어 상기 푸쉬 엑슬(157)의 왕복운동에 따라 상기 푸쉬 로드(159)에 의해 상기 제륜자(700)가 제동을 수행하게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 답면 제동장치의 액츄에이터 내부를 도시한 단면도이다.

본 실시예에 의한 답면 제동장치의 액츄에이터(200)는 프레임부(260), 구동부(250) 및 가이드 유닛(270)을 제외하고는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 답면 제동장치(10)의 액츄에이터(100)와 실질적으로 동일하므로 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.

즉, 본 실시예에서의 상기 액츄에이터(200)도 상기 모터(140), 상기 모터 제어기(130), 상기 감속기(120) 및 상기 동력전달부(110)를 포함하며 이러한 구성은 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 동일하다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에서의 상기 액츄에이터(200)는 프레임부(260), 구동부(250) 및 가이드 유닛(270)을 더 포함하며, 상기 프레임부(260)는 전면 프레임(261), 측부 프레임(262) 및 후면 프레임(263)을 포함한다.

상기 전면 프레임(261)과 상기 후면 프레임(263)은 서로 마주보도록 배치되며 상기 측부 프레임(262)은 상기 전면 및 후면 프레임들(261, 263)에 수직인 방향으로 연장된다. 그리하여, 상기 프레임부(260)는 전체적으로 실린더 형상을 형성하며 내부에 수납공간(265)을 형성하게 된다. 이와 달리, 상기 프레임부(260)의 전체적인 형상은 다양하게 변형될 수 있다.

상기 구동부(250)는 입력기어(251), 나사드럼(252), 제1 나사판(254), 제2 나사판(255), 회전 베어링(256), 제1 푸쉬 엑슬(257), 제2 푸쉬 엑슬(258) 및 푸쉬 로드(259)를 포함한다.

또한, 상기 가이드 유닛(270)은 가이드부(271) 및 슬라이딩부(272)를 포함한다.

상기 입력기어(251)는 상기 나사드럼(252)의 후측에 위치하며, 상기 동력전달부(110)로부터 전달되는 동력을 제공받아 회전한다. 다만, 본 실시예에서는 상기 입력기어(251)와 상기 후면 프레임(263) 사이에 상기 회전 베어링(256)이 배치되며, 이에 따라 상기 입력기어(251)는 상기 후면 프레임(263)에 대하여 회전된다.

또한, 상기 제2 푸쉬 엑슬(258)은 일단에는 상기 제1 및 제2 나사판들(254, 255)이 소정간격 이격되며 연결되고, 타단에는 상기 입력기어(251)가 연결된다.

그리하여, 상기 입력기어(251)가 회전함에 따라 상기 제2 푸쉬 엑슬(258)도 회전하게 되며, 상기 제2 푸쉬 엑슬(258)에 연결된 상기 제1 및 제2 나사판들(254, 255)도 회전하게 된다.

이 경우, 상기 입력기어(251)는 상기 회전 베어링(256)을 통해 상기 후면 프레임(263)에 고정되어 회전하므로, 상기 제2 푸쉬 엑슬(258) 및 상기 제1 및 제2 나사판들(254, 255)도 정위치에서 회전하며, 전진 또는 후진과 같은 왕복 운동은 수행되지 않는다.

본 실시예에서도 한 쌍의 제1 및 제2 나사판들(254, 255)이 상기 제2 푸쉬 엑슬(258)에 소정 간격 이격되며 고정되므로 상기 제2 푸쉬 엑슬(258)의 왕복 이동 거리의 제어를 보다 정확하게 하여 제어 성능을 향상시킬 수 있으며, 상기 제2 푸쉬 엑슬(258)의 연장 방향에 대하여 상기 제2 푸쉬 엑슬(258)로부터 제동에 따라 전달되는 저항력 또는 외력에 대한 저항력을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 구동부(250)의 구동의 안정성 및 신뢰성과 내구성이 향상될 수 있다.

나아가, 상기 제1 및 제2 나사판들(254, 255) 사이의 이격 거리는 상기 나사드럼(252)의 크기나 구조, 또는 제동 제어의 성능이나 효율 등을 전반적으로 고려하여 설정될 수 있다.

상기 나사드럼(252)은 상기 수납공간(265)의 내부에 수납되며, 전체적으로 실린더 형상을 가질 수 있다.

이 경우, 상기 나사드럼(252)의 후측(後側)은 도시된 바와 같이 개구되며, 상기 개구된 후측을 통해 상기 제2 푸쉬 엑슬(258)이 관통된다. 이와 달리, 상기 나사드럼(252)의 전면(前面)은 밀폐되며, 상기 밀폐된 나사드럼(252)의 전면에는 상기 제1 푸쉬 엑슬(257)이 고정된다.

상기 나사드럼(252)의 내면에 형성된 나사산(253)에는, 상기 제1 및 제2 나사판들(254, 255)이 맞물린다.

이 경우, 상기 슬라이딩부(272)는 상기 나사드럼(252)의 외면을 따라 상기 측부 프레임(262)의 연장 방향에 평행하게 고정되며, 상기 슬라이딩부(272)는 상기 측부 프레임(262)에 고정된 상기 가이드부(271)에 의해 가이드되어 상기 측부 프레임(262)의 연장 방향, 즉 상기 제1 및 제2 푸쉬 엑슬들(257, 258)의 연장방향을 따라 슬라이딩된다.

즉, 본 실시예에서는, 상기 나사산(253)에 맞물린 상기 제1 및 제2 나사판들(254, 255)이 고정된 위치에서 회전함에 따라, 상기 나사드럼(252)은 전진 또는 후진의 왕복운동을 수행하며, 이 경우 상기 나사드럼(252)은 상기 슬라이딩부(272)와 함께 상기 측부 프레임(262)에 대하여 전진 또는 후진의 슬라이딩 왕복이동하게 된다.

이 때, 상기 나사드럼(252)이 전방으로 이동되는 경우, 상기 전면 프레임(261)에 의해 전방으로 이동되는 최대 거리는 제한되며, 상기 나사드럼(252)이 후방으로 이동되는 경우, 상기 제1 나사판(254)에 의해 후방으로 이동되는 최대 거리는 제한된다.

이상과 같이, 상기 나사드럼(252)은 전방 또는 후방으로 왕복운동하게 되며, 상기 나사드럼(252)의 전면에 고정된 상기 제1 푸쉬 엑슬(257)도 상기 나사드럼(252)의 이동에 따라 전방 또는 후방으로 왕복운동한다.

그리하여, 상기 제1 푸쉬 엑슬(257)의 끝단에 고정된 상기 푸쉬 로드(259)가 왕복운동하게 되며, 상기 제륜자(700)가 차륜의 답변에 마찰되며 제동을 수행하게 된다.

즉, 본 실시예에서는, 상기 입력기어(251)의 회전 구동이 상기 제1 및 제2 나사판들(254, 255)과 상기 나사드럼(252)의 결합에 의해 상기 나사드럼(252)의 왕복운동으로 전환되며, 이에 따라 답면 제동이 수행된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 답면 제동장치의 액츄에이터 내부를 도시한 단면도이다.

본 실시예에 의한 답면 제동장치의 액츄에이터(300)는 프레임부(360), 구동부(350) 및 가이드 유닛(370)을 제외하고는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 답면 제동장치(10)의 액츄에이터(100)와 실질적으로 동일하므로 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.

즉, 본 실시예에서의 상기 액츄에이터(300)도 상기 모터(140), 상기 모터 제어기(130), 상기 감속기(120) 및 상기 동력전달부(110)를 포함하며 이러한 구성은 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 동일하다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에서의 상기 액츄에이터(300)는 프레임부(360), 구동부(350) 및 가이드 유닛(370)을 더 포함하며, 상기 프레임부(360)는 측부 프레임(362) 및 후면 프레임(363)만 포함한다.

상기 후면 프레임(363)은 상기 액츄에이터(300)의 후방에 위치하며, 상기 측부 프레임(362)은 상기 후면 프레임(363)으로부터 수직으로 연장되며, 내부에 수납공간(365)을 형성한다. 비록, 상기 프레임부(360)는 전면 프레임을 포함하지는 않지만, 전체적으로 실린더 형상을 가지게 된다.

이 경우, 상기 프레임부(360)의 전면에는 외부로부터의 이물질 등의 유입을 방지하기 위한 벨로우즈 형태의 차단막(미도시)이 형성될 수 있다.

상기 구동부(350)는 입력기어(351), 나사드럼(352), 나사판(354), 회전 베어링(356), 제1 푸쉬 엑슬(357), 내부 나사드럼(358) 및 푸쉬 로드(359)를 포함한다.

또한, 상기 가이드 유닛(370)은 가이드부(271), 슬라이딩부(372), 전방 스토퍼(373) 및 후방 스토퍼(374)를 포함한다.

상기 입력기어(351)는 상기 나사드럼(352)의 후측에 위치하며, 상기 동력전달부(110)로부터 전달되는 동력을 제공받아 회전한다. 다만, 본 실시예에서는 상기 입력기어(351)와 상기 후면 프레임(363) 사이에 상기 회전 베어링(356)이 배치되며, 이에 따라 상기 입력기어(351)는 상기 후면 프레임(363)에 대하여 회전된다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 내부 나사드럼(358)의 일단에는 상기 나사판(354)이 연결되고, 타단에는 상기 입력기어(351)가 연결된다.

그리하여, 상기 입력기어(351)가 회전함에 따라 상기 내부 나사드럼(358)도 회전하게 되며, 상기 내부 나사드럼(358)에 연결된 상기 나사판(354)도 회전하게 된다.

이 경우, 상기 입력기어(351)는 상기 회전 베어링(256)을 통해 상기 후면 프레임(363)에 고정되어 회전하므로, 상기 내부 나사드럼(358) 및 상기 나사판(354)도 정위치에서 회전하며, 전진 또는 후진과 같은 왕복 운동은 수행되지 않는다.

또한, 상기 내부 나사드럼(358)의 외면에는 나사산이 형성되며, 상기 내부 나사드럼(358)의 나사산은 후술되는 상기 나사드럼(352)의 연장부(355)와 맞물린다.

상기 나사드럼(352)은 상기 수납공간(365)의 내부에 수납되며, 전체적으로 실린더 형상을 가질 수 있다.

이 경우, 상기 나사드럼(352)은 전면(前面)은 밀폐되고, 측부의 내면에는 나사산(353)이 형성된다. 또한, 상기 나사드럼(352)의 후면(後面)에는 연장부(355)가 형성되며, 상기 연장부(355)에는 개구부가 형성되어 상기 개구부를 통해 상기 내부 나사드럼(358)이 관통된다.

또한, 상기 내부 나사드럼(358)은 상기 나사드럼(352)의 내부에 위치하며, 상기 나사판(354)은 상기 나사드럼(352)의 나사산(353)과 맞물려 회전한다. 상기 내부 나사드럼(358)의 외면에 형성된 나사산에는 상기 연장부(355)가 맞물려 회전하게 된다.

즉, 본 실시예에서는, 비록 한 개의 나사판(354)만 구비되고 있으나, 상기 연장부(355)가 상기 내부 나사드럼(358)과 맞물리며 회전하므로, 앞서 설명한 실시예들에서의 한 쌍의 나사판들이 구비되는 것과 동일한 효과를 가져올 수 있다.

즉, 본 실시예에서도 나사판(354) 및 연장부(355)가 상기 내부 나사드럼(358)에 소정 간격 이격되며 연결되므로 상기 나사드럼(352)의 왕복 이동 거리의 제어를 보다 정확하게 하여 제어 성능을 향상시킬 수 있으며, 상기 제1 푸쉬 엑슬(357)의 연장 방향에 대하여 상기 제1 푸쉬 엑슬(357)로부터 제동에 따라 전달되는 저항력 또는 외력에 대한 저항력을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 구동부(250)의 구동의 안정성 및 신뢰성과 내구성이 향상될 수 있다.

나아가, 본 실시예에서는 상기 나사판(354)이 하나만 구비되므로, 상대적으로 상기 나사판(354)의 이동 스트로크가 상기 내부 나사드럼(358)의 길이 또는 상기 나사드럼(352)의 길이와 실질적으로 동일하여, 상대적으로 크게 설정될 수 있다. 이에 따라, 보다 다양한 제동력으로 제동을 수행할 수 있으며, 제동 제어의 성능이나 효율 등을 다양하게 제어할 수 있다.

한편, 상기 슬라이딩부(372)는 상기 나사드럼(352)의 외면을 따라 상기 측부 프레임(352)의 연장 방향에 평행하게 고정되며, 상기 슬라이딩부(372)는 상기 측부 프레임(362)에 고정된 상기 가이드부(371)에 의해 가이드되어, 상기 측부 프레임(362)의 연장 방향, 즉 상기 제1 푸쉬 엑슬(357)의 연장방향을 따라 슬라이딩된다.

즉, 본 실시예에서는, 상기 나사산(353)에 맞물린 상기 나사판(354)과, 상기 연장부(355)에 맞물린 상기 내부 나사드럼(358)이 고정된 위치에서 회전함에 따라, 상기 나사드럼(352)은 전진 또는 후진의 왕복운동을 수행하며, 이 경우 상기 나사드럼(352)은 상기 슬라이딩부(372)와 함께 상기 측부 프레임(362)에 대하여 전진 또는 후진의 슬라이딩 왕복이동하게 된다.

이 때, 상기 나사드럼(352)이 전방으로 이동하는 경우, 상기 전방 스토퍼(373)에 의해 전방으로 이동되는 최대 거리는 제한되며, 상기 나사드럼(352)이 후방으로 이동하는 경우, 상기 후방 스토퍼(374)에 의해 후방으로 이동되는 최대 거리는 제한된다.

이상과 같이, 상기 나사드럼(352)은 전방 또는 후방으로 왕복운동하게 되며, 상기 나사드럼(352)의 전면에 고정된 상기 푸쉬 엑슬(357)도 상기 나사드럼(352)의 이동에 따라 전방 또는 후방으로 왕복운동한다.

그리하여, 상기 푸쉬 엑슬(357)의 끝단에 고정된 상기 푸쉬 로드(359)가 왕복운동하게 되며, 상기 제륜자(700)가 차륜의 답변에 마찰되며 제동을 수행하게 된다.

즉, 본 실시예에서는, 상기 입력기어(351)의 회전 구동이 상기 나사판(354)과 상기 나사드럼(352), 상기 내부 나사드럼(358)과 상기 연장부(355)의 결합에 의해 상기 나사드럼(352)의 왕복운동으로 전환되며, 이에 따라 답면 제동이 수행된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 전기적인 신호를 통해 제동장치의 동작을 제어하므로, 종래 유압이나 공압에 의한 제동 시스템과 대비하여 공주시간을 단축할 수 있으며, 외부 온도 등과 같은 환경 변화와 무관하게 높은 재현성으로 제동력을 일정하게 발생시킬 수 있다.

또한, 종래 제동 시스템과 비교하여 시스템의 경량화 및 소형화가 가능하여, 상대적으로 경량 열차나 2층 열차 등의 열차 시스템에의 적용성이 향상된다.

또한, 나사드럼과 나사판의 상대적인 회전 구동에 제공되는 회전 구동력을 푸쉬 엑슬의 왕복 운동으로 변환하여 제동 시스템을 구현할 수 있으며, 나사산이 형성됨에 따라 상기 푸쉬 엑슬의 스트로크를 정확하게 제어할 수 있다.

또한, 나사드럼의 회전 구동 또는 왕복 구동에 따라, 회전 베어링의 고정 위치를 달리하거나 슬라이딩을 구현할 수 있는 가이드 유닛을 배치함으로써, 액츄에이터 구동을 최적화하여 제동 정확도와 빠른 응답 특성을 유지할 수 있다.

또한, 소정 간격 이격된 나사판들을 구비하거나, 나사드럼의 후면에 연장부가 형성되어 나사판의 기능을 구현하도록 설계함으로써, 실제 철도 차량의 제동시 발생하는 외력에 대한 저항성을 향상시켜, 제동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

특히, 하나의 나사판을 구비하되 연장부를 통해 나사판의 기능을 구현한 설계를 통해, 푸쉬 엑슬의 스트로크를 극대화할 수 있다.

또한, 프레임부가 전면 프레임을 포함하여 푸쉬 엑슬의 스트로크를 제한함과 동시에 푸쉬 엑슬의 왕복 운동을 가이드할 수 있으며, 전면 프레임이 생략되는 경우 상기 가이드 유닛이 전방 또는 후방 스토퍼를 포함하여 푸쉬 엑슬의 스트로크를 제한하여, 안정적인 제동을 수행할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 답면 제동장치는 철도 차량의 제동을 위해 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

10 : 답면 제동장치 100, 200, 300 : 액츄에이터
110 : 동력전달부 120 : 감속기
130 : 모터 제어기 140 : 모터
150, 250, 350 : 구동부 151, 251, 351 : 입력기어
152, 252, 352 : 나사드럼 154, 254 : 제1 나사판
155, 255 : 제2 나사판 354 : 나사판
156, 256, 356 : 회전 베어링 157 : 푸쉬 엑슬
257, 357 : 제1 푸쉬 엑슬 258 : 제2 푸쉬 엑슬
358 : 내부 나사드럼 159, 259, 359 : 푸쉬 로드
270, 370 : 가이드 유닛 500 : 슈홀더 링크
600 : 슈홀더 700 : 제륜자

Claims (16)

1. 제륜자가 장착되는 슈홀더, 상기 슈홀더를 고정하는 슈홀더 링크, 및 상기 슈홀더를 구동시키는 액츄에이터를 포함하며, 상기 액츄에이터는,
   내부에 수납공간을 형성하는 프레임부;
   상기 수납공간에 수납되며, 내면에 나사산이 형성된 나사드럼;
   상기 나사산을 따라 상기 나사드럼에 대하여 상대적으로 회전하는 나사판;
   상기 나사드럼과 상기 나사판의 상대적인 회전 구동력을 제공하는 입력기어;
   상기 나사드럼 및 상기 나사판 중 어느 하나에 연결되며, 상기 나사드럼과 상기 나사판의 상대적인 회전 구동에 따라 전진 또는 후진하는 푸쉬 엑슬;
   상기 푸쉬 엑슬의 끝단에 연결되어 상기 슈홀더를 구동시키는 푸쉬 로드; 및
   상기 나사드럼의 개방된 후면(後面)을 관통하며, 일 끝단에는 상기 나사판이 하나만 고정되고, 타단에는 상기 입력기어가 연결된 내부 나사드럼을 포함하고,
   상기 푸쉬 엑슬은 상기 나사드럼의 전면(前面)과 상기 푸쉬 로드 사이에 연결되고,
   상기 내부 나사드럼의 외면에는 나사산이 형성되고, 상기 나사드럼의 후면(後面)에는 상기 내부 나사드럼의 나사산과 맞물리는 연장부가 형성되며,
   상기 푸쉬 엑슬은 상기 내부 나사드럼과 일렬로 연장되는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 나사드럼이 회전하고, 상기 나사드럼의 회전에 따라 상기 나사판은 전진 또는 후진하는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 프레임부는,
   상기 푸쉬 엑슬이 관통하는 전면 프레임; 및
   상기 전면 프레임으로부터 연장되어 상기 나사드럼의 외부를 커버하는 측부 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전면 프레임에는 상기 푸쉬 엑슬이 이동되는 리니어 가이드가 형성되며,
   상기 측부 프레임의 내면과 상기 나사드럼의 외면 사이에는 회전 베어링이 고정되는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 푸쉬 엑슬의 일단에는 상기 푸쉬 로드가 연결되고,
   상기 푸쉬 엑슬의 타단에는 소정 간격 이격된 두 개의 나사판들이 연결되는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 나사 드럼의 후면(後面)에는 상기 입력기어가 연결되고, 상기 나사 드럼의 전면(前面)은 개방되어 상기 푸쉬 엑슬이 관통되는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 나사판이 회전하고, 상기 나사판의 회전에 따라 상기 나사드럼은 전진 또는 후진하는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 프레임부는 상기 나사드럼의 외부를 커버하는 측부 프레임을 포함하며,
   상기 측부 프레임의 내면과 상기 나사드럼의 외면 사이에는 상기 나사드럼의 이동을 가이드하는 가이드유닛이 고정되는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 푸쉬 엑슬은 제1 푸쉬 엑슬을 포함하고,
    상기 프레임부는 상기 측부 프레임으로부터 연장되며 상기 제1 푸쉬 엑슬이 관통하는 전면 프레임을 더 포함하며,
    상기 전면 프레임에는 상기 제1 푸쉬 엑슬이 이동되는 리니어 가이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 푸쉬 엑슬은,
    상기 나사드럼의 개방된 후면(後面)을 관통하며, 일단에는 소정 간격 이격된 두 개의 나사판들이 연결되고, 타단에는 상기 입력기어가 연결된 제2 푸쉬 엑슬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 가이드유닛은,
    양 끝단에 위치하여 상기 나사드럼의 이동 거리를 제한하는 전방 및 후방 스토퍼들을 포함하는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제8항에 있어서,
    상기 프레임부는 상기 측부 프레임으로부터 연장되는 후면 프레임을 더 포함하며,
    상기 후면 프레임과 상기 입력기어 사이에는 회전 베어링이 고정되는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터는,
    구동력을 발생시키는 모터;
    상기 모터의 구동력을 증폭하는 감속기; 및
    상기 증폭된 구동력을 추가로 제어하며, 방향을 전환하여 구동부로 제공하는 동력 전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 답면 제동장치.
    
    

Images