KR101649110B1

KR101649110B1 - 철도 차량용 자기력 스프링

Info

Publication number: KR101649110B1
Application number: KR1020150023111A
Authority: KR
Inventors: 온정근
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2035-02-16

Abstract

자기력 스프링은 철도차량의 차체부와 대차부의 사이에 위치하여 상기 차체부와 상기 대차부 사이를 완충하며, 베이스부, 프레임부, 튜브부, 자기력 발생부 및 제어부를 포함한다. 상기 베이스부는 서로 마주하는 상면부 및 하면부를 포함한다. 상기 프레임부는 상기 상면부로부터 돌출된 상부프레임, 및 상기 하면부로부터 돌출되고 상기 상부프레임과 마주하는 하부프레임을 포함한다. 상기 튜브부는 상기 베이스부의 상면부 및 하면부를 서로 연결하며 상기 상부프레임 및 상기 하부프레임과 공간부를 형성한다. 상기 자기력 발생부는 상기 상부프레임에 고정된 상부자석, 및 상기 하부프레임에 고정되며 상기 상부자석과의 사이에서 자기력을 발생하는 하부자석을 포함한다. 상기 제어부는 상기 자기력 발생부에서 발생되는 자기력을 제어한다.

Description

철도 차량용 자기력 스프링{MAGNETIC SPRING FOR A TRAIN}

본 발명은 자기력 스프링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도 차량 또는 대형차량에 사용되는 2차 완충장치인 자기력 스프링에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 철도차량의 대차부(20) 및 2차 스프링(30)을 나타낸 것으로, 철도차량에는 도 1에 도시된 바와 같이 공기스프링 또는 자기력 스프링 등으로 제작된 2차 스프링(30)이 구비되어, 차체부(10)와 대차부(20) 사이의 완충작용을 수행한다.

이러한 2차 스프링은 공기 스프링 또는 자기력 스프링이 적용되며, 종래의 공기 스프링 구조에서는 공기 스프링의 동작을 위한 대형 압축기, 배관 등의 구비가 필수적이어서 구조가 복잡해지는 문제가 발생하였고, 이에 따라 자기력을 적용한 자기력 스프링 관련 기술들이 개발되고 있다.

이러한 자기력 스프링(30)이 적용된 2차 스프링과 관련하여, 대한민국 특허출원 제10-2011-0019933호는 공기 스프링의 내부에 영구자석과 전자석을 포함하는 진동 저감장치가 구비된 자기 베어링형 진동 저감장치에 관한 기술을 개시하고 있으며, 일본국 특허출원 제1992-147467호는 공기 스프링과 전자 진동 흡수체를 일체화하여 컴팩트한 구조로 제조된 방진 장치에 관한 기술을 개시하고 있다.

이와 같이, 종래의 공기 스프링 구조에 자기력을 적용한 자기력 스프링의 구조와 관련하여는 다양한 기술들이 개발되고 있다. 그러나, 자기력을 발생시키는 자석을 단순히 공기 스프링 구조의 내부에 배치시키는 정도의 기술만 개발되고 있으며, 자기력을 통한 완충력을 최적화하고 높이를 조절하기 위한 최적의 구조에 관한 기술은 아직까지 개발되지 못한 상황이다.

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 자기력을 통한 완충작용의 효과를 향상시키고, 차량 구조의 단순 설계가 가능한 자기력 스프링에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 자기력 스프링은 철도차량의 차체부와 대차부의 사이에 위치하여 상기 차체부와 상기 대차부 사이를 완충하며, 베이스부, 프레임부, 튜브부, 자기력 발생부 및 제어부를 포함한다. 상기 베이스부는 서로 마주하는 상면부 및 하면부를 포함한다. 상기 프레임부는 상기 상면부로부터 돌출된 상부프레임, 및 상기 하면부로부터 돌출되고 상기 상부프레임과 마주하는 하부프레임을 포함한다. 상기 튜브부는 상기 베이스부의 상면부 및 하면부를 서로 연결하며 상기 상부프레임 및 상기 하부프레임과 공간부를 형성한다. 상기 자기력 발생부는 상기 상부프레임에 고정된 상부자석, 및 상기 하부프레임에 고정되며 상기 상부자석과의 사이에서 자기력을 발생하는 하부자석을 포함한다. 상기 제어부는 상기 자기력 발생부에서 발생되는 자기력을 제어한다.

일 실시예에서, 상기 튜브부에 장착되어, 상기 상면부 및 상기 하면부 사이의 높이, 및 상기 상부프레임 및 상기 하부프레임 사이의 높이를 센싱하는 센서부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 서로 마주하는 상기 상부프레임 및 상기 하부프레임의 외면들은 각각 곡면일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상부프레임은 중앙을 중심으로 볼록한 곡면이고, 상기 하부프레임은 중앙을 중심으로 오목한 곡면으로 서로 대응될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자기력 발생부에서 발생되는 자기력이 일정하게 유지되는 경우, 상기 상부프레임과 상기 하부프레임의 이격 간격은 일정하게 유지될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상부프레임 및 상기 하부프레임 각각은 중앙을 중심으로 비대칭 형상으로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상부자석 및 상기 하부자석은 일면이 상기 공간부로 노출되도록 배치되며, 상기 상부자석 및 상기 하부자석은 한 쌍으로 서로 마주하도록 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상부자석은, 일정 간격으로 이격되도록 배치된 복수의 영구자석들을 포함하는 제1 상부자석, 및 상기 상부 프레임의 중앙에 배치되고 영구자석과 전자석이 결합된 하이브리드자석을 포함하는 제2 상부자석을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 전류 공급라인을 통해 상기 제2 상부자석으로 공급되는 전류를 제어하여, 상기 상부자석과 상기 하부자석 사이의 거리를 변화시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 하부자석은, 상기 제1 상부자석의 영구자석들 각각과 서로 마주하도록 배치되는 복수의 영구자석들을 포함하는 제1 하부자석, 및 상기 제2 상부자석의 하이브리드자석과 서로 마주하도록 배치되는 영구자석을 포함하는 제2 하부자석을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 상부 및 하부 프레임들에 각각 고정된 상부 및 하부자석들 사이에서 발생하는 자기력으로 완충력을 유지할 수 있어 2차 스프링으로서의 역할을 수행할 수 있다.

특히, 상기 상부 및 하부 프레임들이 곡면으로 형성되고, 중앙을 중심으로 볼록하고 오목한 면이 서로 대응되도록 형성되므로, 자기 반발력과 차량 회전에 의한 비틀림을 중심으로 용이하게 복원이 가능하여 안정적인 완충력의 유지가 가능한 자기복원력을 가진다.

또한, 자기력이 일정한 경우 상기 상부 및 하부 프레임들 사이의 간격이 일정하게 유지되므로, 이에 따라 상기 상부자석 및 하부자석 사이의 자기력이 안정적으로 유지될 수 있어 안정적인 완충력의 유지가 가능하다.

또한, 상기 상부 프레임의 중앙부에는 영구자석과 전자석이 결합된 하이브리드 자석이 배치되고, 상기 하이브리드 자석에 인가되는 전류가 제어되어, 자기력 발생부에 발생되는 자기력을 변화시킬 수 있어 튜브부의 높이를 변화시켜 승객하중의 변화에 따라 차량높이를 일정하게 제어할 수 있다. 즉, 상기 튜브부의 높이 변화를 상기 하이브리드 자석에 인가되는 전류를 변화시켜 제어할 수 있으므로, 즉각적인 제어가 용이하다.

또한, 상기 튜브부의 팽창 및 축소에 따른 높이를 센서부를 통해 센싱하고, 상기 제어부가 이를 피드백하며 상기 자기력 발생부를 제어하므로 완충 높이에 대한 보다 정확하고 즉각적인 제어가 가능하다.

나아가, 상기 프레임부를 비대칭적으로 형성함으로써, 비틀림 등이 움직임이 비대칭적으로 발생하더라도 상기 프레임부의 비대칭적 형상 및 돌출된 중앙부로 인해 안정적인 회복이 보다 즉각적으로 가능할 수 있다.

도 1은 일반적으로 철도차량에서 사용되는 2차 스프링을 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 자기력 스프링을 도시한 모식도이다.
도 3은 도 2의 자기력 스프링에 자력이 작용한 상태를 도시한 모식도이다.
도 4는 도 2의 자기력 스프링에 전류 제어를 통한 높이 변경 상태를 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자기력 스프링을 도시한 모식도이다.

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 1은 일반적으로 철도차량에서 사용되는 2차 스프링을 도시한 측면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 자기력 스프링을 도시한 모식도이다. 도 3은 도 2의 자기력 스프링에 자력이 작용한 상태를 도시한 모식도이다. 도 4는 도 2의 자기력 스프링에 전류 제어를 통한 높이 변경 상태를 도시한 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 자기력 스프링(100)은 철도차량 또는 대형 트럭이나 대형 버스 등에 적용될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 자기력 스프링(100)이 철도차량에 적용되는 경우 상기 자기력 스프링(100)은 철도차량의 차체부(10) 및 대차부(20)의 사이에 위치하여 상기 차체부(10)와 상기 대차부(20) 사이의 충격을 완충한다.

마찬가지로, 대형트럭이나 대형버스 등에 적용되는 경우에도 차체부와 바퀴부 사이의 충격을 완충할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 자기력 스프링(100)은 베이스부(110), 프레임부(120), 튜브부(130), 제어부(140), 센서부(150) 및 자기력 발생부(200)를 포함한다.

상기 베이스부(110)는 상면부(111) 및 하면부(112)를 포함하여, 상기 상면부(111)는 상기 베이스부(110)의 상면을 상기 하면부(112)는 상기 베이스부(110)의 하면을 형성한다. 상기 상면부(111) 및 상기 하면부(112)는 서로 평행하게 연장되는 평면으로 소정거리 이격된다. 또한, 상기 상면부(111) 및 상기 하면부(112)는 서로의 간격은 달라질 수 있으나 팽창 또는 수축되지는 않으며 평면 형상을 유지한다.

상기 프레임부(120)는 상부 프레임(121) 및 하부 프레임(122)을 포함한다. 상기 상부 프레임(121)은 상기 하면부(112)를 향하여 상기 상면부(111)로부터 돌출되고, 상기 하부 프레임(122)은 상기 상면부(111)를 향하여 상기 하면부(112)로부터 돌출된다.

또한, 후술하겠으나, 상기 상부 프레임(121) 상에는 상기 자기력 발생부(200)의 제1 및 제2 상부자석들(210, 230)이 고정되고, 상기 하부 프레임(122) 상에는 상기 자기력 발생부(200)의 제1 및 제2 하부자석들(220, 240)이 고정된다.

상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)은 소정의 높이(h)를 유지하며 서로 이격되고, 이에 따라 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)은 상기 튜브부(130)와 함께 공간부(101)를 형성한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공간부(101) 상에는 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)에 고정된 자석부들에 의해 소정의 자기력이 발생하게 되며, 상기 자기력(척력)에 의해 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)은 서로 밀리는 힘을 받게 된다.

이에 따라, 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)은 자체로는 일정한 크기 이상의 강도를 가지므로 자체적으로 변형되지 않으므로 소정의 간격을 유지하게 된다. 또한, 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122) 사이에 발생하는 자기력의 크기가 일정하게 유지되는 상태라면, 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122) 각각에 상기 자석들이 균일하게 배열되므로, 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122) 사이의 거리(높이, h)가 각각의 위치에서 일정하게 유지될 수 있다.

한편, 본 실시예에 의한 자기력 스프링(100)은 철도 차량 등 운행 중인 상태에서도 완충 작용이 필요하므로 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)의 위치, 거리 등은 물리적으로 미세하게 변경될 수 있다. 따라서, 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122) 사이에 발생되는 자기력은 자기력의 특성상 방향, 크기 등의 순간적인 변화가 가능하며, 이에 따라 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)은 자기력의 변화에 따라 비틀리거나 회전하는 등의 움직임이 발생할 수 있다.

그리하여, 본 실시예에서는 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)의 서로 마주하는 면들(즉, 각각의 외면들)을 도 2에 도시된 바와 같이 곡면으로 형성한다. 나아가, 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)의 외면들을 구 또는 원통의 일부 면과 같은 형상으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시된 단면도에서는 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)의 외면들은 원주형의 단면 형상을 가질 수 있다.

이와 달리, 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)의 외면들을 경사면으로 형성할 수도 있다.

그리하여, 상기 자기력 또는 상기 자기력의 변화에 따라 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)이 비틀림, 회전 등의 움직임이 발생하더라도 이를 바로 복원할 수 있어 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122) 나아가 상기 자기력 스프링(100)의 구조적 안전성을 향상시킬 수 있다.

특히, 이러한 구조적 안전성을 보다 향상시키기 위해, 상기 상부 프레임(121)은 중앙부가 돌출된 곡면 형상으로 형성되고, 상기 하부 프레임(122)은 중앙부가 오목하게 함입된 곡면 형상으로 형성될 수 있다. 그리하여, 상기 상부 및 하부 프레임들(121, 122)은 자기력이 일정할 때 임의의 위치에서 동일한 거리를 유지하도록 서로 마주하게 된다.

그리하여, 비틀림이나 회전 등의 움직임이 발생하더라도 중앙을 중심으로 회복력이 발생하여 구조적 안전성이 보다 향상될 수 있다.

상기 튜브부(130)는 상기 상면부(111) 및 상기 하면부(112) 사이를 연결하여, 상기 상면부(111)로부터 돌출된 상기 상부 프레임(121) 및 상기 하면부(112)로부터 돌출된 상기 하부 프레임(122)과 함께 공간부(101)를 형성한다.

상기 튜브부(130)는 탄성재를 포함하므로, 상기 공간부(101)에 작용하는 자기력이 증가하게 되면 팽창하여 상기 공간부(101)의 간격(h)이 증가하게 되고, 상기 공간부(101)에 작용하는 자기력이 감소하게 되면 수축하여 상기 공간부(101)의 간격(h)은 감소하게 된다.

즉, 상기 튜브부(130)의 수축 또는 팽창에 따라 상기 자기력 스프링(100)의 부피가 수축 또는 팽창하게 되며, 상기 자기력 스프링(100)이 수축하면 상기 튜브부(130)의 높이(H)는 감소하고, 상기 자기력 스프링(100)이 팽창하면 상기 튜브부(130)의 높이(H)는 증가한다.

이 때, 상기 센서부(150)는 상기 튜브부(130)에 부착되어, 상기 튜브부(130)의 높이(H)를 센싱한다. 이 경우, 상기 튜브부(130)의 높이는 결국 상기 상면부(111) 및 상기 하면부(112) 사이의 간격에 해당되므로 상기 센서부(150)는 상기 상면부(111) 및 상기 하면부(112) 사이의 간격을 센싱하게 된다.

이와 같이, 상기 센서부(150)에서 상기 튜브부(130)의 높이(H)를 센싱하면, 그 결과는 센서 신호라인(151)을 통해 상기 제어부(140)로 제공된다. 이 경우, 상기 센서 신호라인(151)은 유선 또는 무선일 수 있으며, 이에 따라 상기 센서부(150)와 상기 제어부(140)는 유/무선 통신이 가능할 수 있다.

그리하여, 상기 제어부(140)는 상기 튜브부(130)의 높이에 관한 실시간 정보를 제공받을 수 있으며, 요구되는 상기 튜브부(130)의 높이에 관한 정보와 실시간으로 계측된 상기 튜브부(130)의 높이를 비교하여 필요한 제어를 수행한다.

이 경우, 상기 제어부(140)의 제어는, 상기 자기력 발생부(200)에서 발생되는 자기력의 크기에 관한 것으로, 상기 제어부(140)는 상기 자기력 발생부(200)를 제어하여 상기 튜브부(130)의 높이를 제어한다.

즉, 도 4를 참조하면 상기 제어부(140)는 상기 자기력 발생부(200)로 공급되는 전류를 제어하여 상기 자기력 발생부(200)에서 발생되는 자기력을 제어하며, 이 경우, 상기 제어부(140)는 전류 공급라인(201)을 통해 상기 자기력 발생부(200)로 제공되는 전류의 크기를 제어하게 된다. 또한, 상기 제어부(140)는 상기 센서부(150)로부터 상기 튜브부(130)의 높이에 관한 정보를 실시간으로 제공받으므로, 상기 튜브부(130)의 높이에 관한 정보를 바탕으로 실제 요구되는 상기 튜브부(130)의 높이를 유지하기 위해 상기 자기력 발생부(200)에서 발생하는 자기력의 크기를 제어한다.

상기 자기력 발생부(200)는 제1 상부자석(210), 제1 하부자석(220), 제2 상부자석(230) 및 제2 하부자석(240)을 포함한다.

상기 제1 상부자석(210)은 상기 상부 프레임(121) 상에 고정되며, 복수의 자석들이 상기 상부 프레임(121) 상에 고정된다. 이 경우, 후술되는 상기 제2 상부자석(230)과 함께 상기 제1 상부자석(210)은 복수의 자석들이 서로 균일한 간격으로 배열될 수 있다.

이와 같이, 상기 제1 및 제2 상부자석들(210, 230)이 상기 상부 프레임(121) 상에 균일한 간격으로 복수개가 배열되므로, 후술되는 하부자석들과 함께 균일한 자기력을 상기 공간부(101) 상에 생성하여 외부로부터의 자기력 변화가 발생하지 않는 경우 상기 튜브부(130)가 일정한 높이(H)를 유지할 수 있게 된다.

한편, 상기 제1 상부자석(210)은 영구자석으로, 후술되는 상기 제1 하부자석(220)들과 도 3에 도시된 바와 같이 척력이 발생하도록 배치된다. 또한, 상기 제1 상부자석(210)은 일면만 상기 공간부(101)로 노출되도록 상기 상부 프레임(121)에 함입되어 고정된다.

상기 제1 하부자석(220)은 상기 하부 프레임(122) 상에 고정되며, 복수의 자석들이 상기 하부 프레임(121) 상에 고정된다. 상기 제1 하부자석(220)도 일면만 상기 공간부(101)로 노출되도록 상기 하부프레임(121)에 함입되어 고정되며, 상기 노출된 면은 상기 제1 상부자석(210)의 노출된 면과 서로 마주하도록 배치된다.

즉, 상기 제1 하부자석(220)은 상기 제1 상부자석(210)과 서로 마주하도록 배치되며, 복수의 자석들이 상기 제2 하부자석(240)과 함께 서로 균일한 간격으로 배열될 수 있다.

상기 제1 하부자석(220)도 영구자석으로, 상기 제1 상부자석(210)과 척력이 발생하여, 외부로부터 자기력 변화가 발생하지 않는 경우 상기 공간부(101)는 일정한 거리(h)를 균일하게 유지하며, 상기 튜브부(130)가 일정한 높이(H)를 유지하게 된다.

상기 제2 상부자석(230)은 제1 자석부(231) 및 제2 자석부(232)를 포함한다. 상기 제2 상부자석(230)은 상기 상부 프레임(121)의 중앙부에 배치되며, 상기 제1 자석부(231)의 일면만 상기 공간부(101)로 노출되도록 상기 상부 프레임(121)의 내부에 고정된다.

상기 제2 상부자석(230)은 영구자석과 전자석이 결합된 하이브리드 자석으로, 예를 들어 상기 제1 자석부(231)는 영구자석이고 상기 제2 자석부(232)는 전자석일 수 있다.

상기 제2 자석부(232)는 상기 제1 자석부(231)의 상면에 결합된다. 특히, 상기 제2 자석부(232)는 전자석이며 상기 전류 공급라인(201)을 통하여 상기 제어부(140)로부터 전류를 공급받을 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 자석부(232)는 상기 전류 공급라인(201)을 통하여 공급되는 전류의 세기 또는 전류의 방향에 따라 자기력의 크기가 변화되며, 상기 제2 자석부(232)의 자기력의 변화는 상기 제1 자석부(231)에도 영향을 미쳐 전체적으로 상기 제2 상부자석(230)의 자기력의 변화가 가능하게 된다.

즉, 상기 제2 상부자석(230)은 자기력의 변화가 없는 경우에는 영구자석과 동일하게 일정한 크기 및 방향의 자기력을 유지하지만, 전자석과 같이 외부로부터 공급되는 전류의 세기 또는 방향의 변화에 따라 자기력의 크기 및 방향이 변화되는 하이브리드 자석이다.

특히, 본 실시예에서는 상기 중앙부가 돌출된 상기 상부 프레임(121)의 중앙부에 상기 하이브리드 자석인 상기 제2 상부자석(230)이 위치하므로, 상기 제2 상부자석(230)의 자기력의 변화에 따라 상기 공간부(101)의 간격(h)이 안정적으로 변화될 수 있고, 자기력의 변화에 따른 비틀림 등의 발생이 최소화되며, 비틀림 등이 움직임이 발생하더라도 돌출된 중앙부로 인해 안정적인 회복이 즉각적으로 가능할 수 있다.

상기 제2 하부자석(240)은 상기 제2 상부자석(230)과 서로 마주보도록 상기 하부 프레임(122)에 고정되며, 복수의 자석들을 포함하며, 각각의 자석의 일면만 상기 공간부(101)로 노출된다.

상기 제2 하부자석(240)의 각각의 자석들은 상기 제2 상부자석(230)의 각각의 자석들과 마주한다. 즉, 상기 제2 하부자석(240)의 각각의 자석들은 상기 공간부(101)로 노출되는 상기 제2 상부자석(230)의 제1 자석부(231)의 자석들과 각각 마주한다.

또한, 상기 제2 하부자석(240)은 영구자석으로, 상기 제2 상부자석(230)이 영구자석으로 일정한 자기력을 유지하는 경우, 상기 공간부(101) 상에 일정한 자기력을 유지한다.

그러나, 상기 제2 상부자석(230)의 자기력의 방향이나 세기가 변화하는 경우 상기 제2 하부자석(240)은 상기 제2 상부자석(230)에 대응되어 상기 공간부(101) 상에 변화된 자기력의 방향 및 세기를 나타내게 된다.

즉, 상기 제2 상부자석(230)에 인가되는 전류가 변화함에 따라, 이에 대응되어 상기 공간부(101) 상에 자기력의 방향이나 세기가 변화하게 된다.

특히, 상기 공간부(101)의 자기력의 세기가 증가하게 되면 상기 공간부(101)의 높이(h)가 증가하게 되고, 상기 공간부(101)의 자기력의 세기가 감소하게 되면 상기 공간부(101)의 높이(h)는 감소하게 된다. 그리하여, 상기 자기력 스프링(100)의 높이(H)도 증가 또는 감소하게 되며 이에 따라 상기 자기력 스프링(100)은 필요한 완충력을 확보할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자기력 스프링을 도시한 모식도이다.

본 실시예에 의한 자기력 스프링(300)은 프레임부의 형상을 제외하고는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 자기력 스프링(100)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 자기력 스프링(300)의 프레임부(160)는 중앙을 기준으로 서로 비대칭 구조로 형성된다.

즉, 상기 프레임부(160)의 상부 프레임(161) 및 하부 프레임(162)은 서로간의 간격(h)을 균일하게 유지하면서, 중심부를 기준으로 양측이 서로 비대칭 형상으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 상부 프레임(161)은 차량 외측방향보다 차량 내측방향으로 더 높은 높이로 휘어지도록 형성되고, 이에 따라 상기 하부 프레임(162)도 차량 외측방향보다 차량 내측방향을 향하여 더 높은 높이로 휘어지도록 형성될 수 있다.

그리하여, 차량이 진행함에 따라, 차량의 내측방향과 차량의 외측방향으로 발생하는 서로 다른 진동 형태 또는 서로 다른 힘의 방향에 따라 상기 자기력 스프링(300)에 작용하는 비틀림 등이 움직임이 비대칭적으로 발생하더라도 상기 프레임부(160)의 비대칭적 형상 및 돌출된 중앙부로 인해 안정적인 회복이 보다 즉각적으로 가능할 수 있다.

한편, 상기 차량의 진행에 따라 발생하는 비틀림 등의 움직임이 비대칭적인 경우, 비대칭적으로 발생하는 움직임을 분석하여, 도 5에 도시된 것과 반대, 즉 상기 차량 내측 방향보다 차량 외측 방향으로 상기 상부 프레임(161) 및 상기 하부 프레임(162) 모두 더 높은 높이로 휘어지도록 형성될 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 상부 및 하부 프레임들에 각각 고정된 상부 및 하부자석들 사이에서 발생하는 자기력으로 완충력을 유지할 수 있어 2차 스프링으로서의 역할을 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 자기 스프링은 철도 차량 또는 대형 차량의 2차 스프링으로 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

10 : 차체부 20 : 대차부
30, 100, 300 : 자기스프링 101 : 공간부
110 : 베이스부 120, 160 : 프레임부
130 : 튜브부 140 : 제어부
150 : 센서부 151 : 센서 신호라인
200 : 자기력 발생부 201 : 전류 공급라인
210 : 제1 상부자석 220 : 제1 하부자석
230 : 제2 상부자석 240 : 제2 하부자석

Claims

철도차량의 차체부와 대차부의 사이에 위치하여 상기 차체부와 상기 대차부 사이를 완충하며,
서로 마주하는 상면부 및 하면부를 포함하는 베이스부;
상기 상면부로부터 돌출된 상부프레임, 및 상기 하면부로부터 돌출되고 상기 상부프레임과 마주하는 하부프레임을 포함하는 프레임부;
상기 베이스부의 상면부 및 하면부를 서로 연결하며 상기 상부프레임 및 상기 하부프레임과 공간부를 형성하는 튜브부;
상기 상부프레임에 고정된 상부자석, 및 상기 하부프레임에 고정되며 상기 상부자석과의 사이에서 자기력을 발생하는 하부자석을 포함하는 자기력 발생부; 및
상기 자기력 발생부에서 발생되는 자기력을 제어하는 제어부를 포함하고,
서로 마주하는 상기 상부프레임은 중앙을 중심으로 볼록한 곡면이고, 상기 하부프레임은 중앙을 중심으로 오목한 곡면으로 서로 대응되며,
상기 상부프레임 및 상기 하부 프레임은 서로 일정한 간격을 유지하며 중앙을 기준으로 양측이 서로 비대칭 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기력 스프링.
제1항에 있어서,
상기 튜브부에 장착되어, 상기 상면부 및 상기 하면부 사이의 높이, 및 상기 상부프레임 및 상기 하부프레임 사이의 높이를 센싱하는 센서부를 더 포함하는 자기력 스프링.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 자기력 발생부에서 발생되는 자기력이 일정하게 유지되는 경우, 상기 상부프레임과 상기 하부프레임의 이격 간격은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 자기력 스프링.
삭제
제1항에 있어서,
상기 상부자석 및 상기 하부자석은 일면이 상기 공간부로 노출되도록 배치되며, 상기 상부자석 및 상기 하부자석은 한 쌍으로 서로 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 자기력 스프링.
제7항에 있어서, 상기 상부자석은,
일정 간격으로 이격되도록 배치된 복수의 영구자석들을 포함하는 제1 상부자석; 및
상기 상부 프레임의 중앙에 배치되고, 영구자석과 전자석이 결합된 하이브리드자석을 포함하는 제2 상부자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기력 스프링.
제8항에 있어서, 상기 제어부는,
전류 공급라인을 통해 상기 제2 상부자석으로 공급되는 전류를 제어하여, 상기 상부자석과 상기 하부자석 사이의 거리를 변화시키는 것을 특징으로 하는 자기력 스프링.
제8항에 있어서, 상기 하부자석은,
상기 제1 상부자석의 영구자석들 각각과 서로 마주하도록 배치되는 복수의 영구자석들을 포함하는 제1 하부자석; 및
상기 제2 상부자석의 하이브리드자석과 서로 마주하도록 배치되는 영구자석을 포함하는 제2 하부자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기력 스프링.