KR101011467B1 - 수평과 경사지 주행가능한 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도심지, 관광지에서 승객을 운송하는 브이 가이드 파이프 레일(V - guide - pipe - rail) 운행시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 한국특허 제864413호 "모노레일 운행시스템"을 개선하여 승차감을 개선하는 동시에 고속 주행이 가능한 새로운 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템에 관한 것이다.

도심이 고밀도화되어 가면서 단위면적당 거주 혹은 상주 인원이 기하급수적으로 상승하며, 그와 함께 교통량도 급증하게 된다. 그러나 도심의 면적은 제한되고 제한된 면적에 주차문제가 겹치고, 공해가 더욱 심화되는 등 복잡한 교통문제를 야기하고 있다.

이러한 문제를 해소하고자 대중교통 수단으로 전철, 지하철, 그리고 더 나아가서 경전철 등 다양한 교통수단이 보급되고 있다.

그러나 이러한 교통 체계는 일단 초기 설치를 위한 막대한 공사 비용문제로 쉽사리 설치하기 어렵다. 설사 설치가 되었다 하여도 초기 투자 비용이 막대하다 보니 유지비용과 초기투자비용이 겹치면서 일반 사용자의 요금으로는 채산성을 맞추지 못하는 어려움을 안고 있다.

본 발명자는 상기한 단점을 개선하기 위하여 특허 제799701호에서 기존의 전철이나 경전철에 비하여 운행되는 차량을 소형 감소화하고 모든 운전을 전자동화하였다. 따라서 중앙콘트롤부에서 승객의 수에 따라 운행간격을 임의로 조절가능하게 하였다. 또한 레일의 설치규모도 소형화와 현장조립식으로 구성하여 기존의 도심지 도로에 대한 손상이 없이 최단시간내에 설치가 가능하고 특히 도심지에 설치된 건물을 승하차장으로 이용가능하게 하여 정거장 설치비용도 대폭 절감하게 되었다.

본 발명자는 더 나아가서 특허 제864413호에서 승객이 탑승하는 탑승부를 소형화하며, 차량구동방식은 이원화하였다. 평지 주행시에는 차량 앞뒤에 위치한 구동차륜이 궤도위에 부착된 철판(리액숀플레이트)위를 마찰력으로 고속 주행이 가능하고 경사지나 구동차륜의 슬립이 발생시에는 미리 감지된 신호에 의하여 차량 중앙에 위치한 논스립(non-slip)드라이브장치에 내장된 영구자석이 리액숀플레이트에 작용되어 브레이크기능이나 차량의 안정주행을 가능하게 한 전혀 새로운 형태의 브이 가이드 파이프 레일 시스템이다.

상기한 발명에 의하여 구조를 경량화하고, 진동소음이 적어 기존에 설치된 건물을 관통 연결하거나 혹은 건물 자체에 정거장을 설치운행도 가능하게 하였다.

그 결과 이미 도심이 과밀집화되어 더 이상의 대중교통 시설의 설치가 어려운 지역에도 설치운영이 가능하여 도심교통의 문제를 단시간에 해결가능하다. 또한 궤도설치가 조립식으로 구성되어 있어 보수점검도 부품교체 조립만으로 가능하며 운영비용도 최소화할 수 있다. 더나아가서 차량운행에는 조종인원이 없는 무인화를 가능하게 하여 철도나 전철의 운영시 발생하는 고질적인 임금상승과 그에 따른 노사갈등 등의 문제도 근본적으로 해소하였다.

본 발명은 기존의 랙엔드피니언 방식의 모노 레일시스템이 갖는 단점으로 지적된 평지고속주행의 문제 그리고 경사지 주행의 문제를 해소하는 동시에 무인운행으로 인한 정확한 주정차를 확보하기 위하여 주행레일의 상측면에 주행의 정확도를 확보할 수 있는 랙크기어부를 설치하여 주었다. 랙크기어부는 평지주행시에는 구동차륜과 피니언부를 분리하여 구동하며, 경사지 운행시에는 피니언과 구동차륜이 결합되어 랙크와 맞물리도록 하여 안전한 주행을 확보할 수 있게 하였다. 또한 동일한 원리로 승하차장에 정차도 랙크와 피니언의 정확한 맞물림으로 정확한 속도관리 및 정차위치를 확보하도록 하였다.

이러한 구성에 의하여 경사지라 하여도 주행에 전혀 지장을 받지 않으므로 경사에 대한 소형경량화된 경전철의 설립이 최소의 비용으로 가능하게 되며, 급경사지 혹은 산간오지라 하여도 최소의 비용으로 무인 자동화된 신교통 운행 시스템이 가능하게 하였다.

또한 파이프 가이드 3각 구조 궤도의 특성상 3차원적인 가공시 발생되는 절곡부의 변형이 거의 없이 간단하게 설치가능하게 되므로, 기존의 복잡한 도심에 설치된 각종 건물과 공공구조물내에 혹은 기존의 복잡한 구조물을 피하여 신교통 시스템운행이 가능하게 되었으며, 기존에 설치된 건물에 직접 승하차장을 설치할 수 있고, 노약자 장애인이라하여도 승하차장을 오르기 위한 별도의 엘리베이터와 같은 시설이 없이도 평면이던 경사지던 어느 장소라도 탑승이 가능하게 하였다.

경전철, 무인자동화, 고속, 수평제어, 경사주행

Description

수평과 경사지 주행가능한 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템{V-guide-pipe rail transportation system for the balance of the vehicle}

본 발명은 도심지역 혹은 자연보호지역 혹은 일반교통차량이 접근이 어려운 오지(奧地) 등 일정량의 교통운행시스템이 필요한 곳에 최저의 비용과 최소한의 인프라구축만으로 설치운행가능한 브이(V) 가이드 파이프 레일 운행 시스템에 관한 것이다.

재래식 모노레일, 지하철, 경전철 등은 운행을 위한 지하 혹은 지상 구조물 설치에 막대한 초기자본이 투입되어야 하며, 구조물 설치시 주변 환경의 파괴, 구조물 설치를 위한 토지수용, 설치 후 운행을 위한 막대한 유지보수 비용 등이 발생하고 있다. 본 발명은 이러한 문제점들을 획기적으로 개선한 새로운 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 본 발명자의 선등록 특허 제 864413호 "모노레일 운행시스템"의 단점을 보완한 브이 가이드 파이프 레일 운행시스템에 관한 것이다.

본 발명은 복잡한 도심지 혹은 산악지역이라 하여도 지장을 받지 않고 설치가능한 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템에 관한 것이다.

모노레일을 이용한 운행시스템은 기본적으로 도 1에 도시하듯이 모노레일을 교각구조위 혹은 지하에 설치하고, 이 모노레일 위에 차량을 설치하여 운행한다. 모노레일을 운행하는 구동구조는 모노레일의 양 측면에서 운행차량을 잡아주는 안내차륜(6)이 설치되어진다. 그리고 집전장치(7)와 안정차륜(8)이 동시에 설치되어 동력공급과 함께 안정화를 유도한다. 그리고 구동차륜(1)이 모노레일 상면에 설치되어 지고, 이 구동차륜은 구동장치(4)에 의하여 동력을 공급받아 구동한다.

이러한 구조의 모노레일 시스템을 설치하기 위하여 서울 일부 지역에 설치제안서로 제출한 조감도인 도 2 를 살펴보면, 조감도 상으로는 언뜻 대단히 친환경적이고 스마트한 듯 보이지만, 수많은 문제점을 안고 있다.

우선 기존 도로의 중앙 차로를 대형 교각구조물이 차지하게 된다. 즉, 모노레일이 설치되면 모노레일을 지지할 기둥인 교각 구조물이 기존 도로의 1개 차선 정도를 점령하게 된다. 그 결과 가뜩이나 모자란 차선을 점령하게 되어 과연 이것이 교통체증 해소에 도움이 될지에 대한 심각한 고려가 필요한 것이다. 또한 이러한 구조물을 설치하기 위하여 교각구조물을 기존도로상에 설치하기 위해서는 대형 설치공사가 필요하며, 설치기간 동안 통행이 제한됨은 물론이고 설치후에도 이 부분은 전혀 도로로서의 기능이 상실되어 버린다. 더욱 문제가 되는 것은 이러한 구조물을 유지보수하기 위한 별도의 비용이 지속적으로 발생할 수 밖에 없다.

그외에도 모노레일의 탑승부 중앙에 구동차륜(1)이 설치되어, 탑승부의 내측중앙에 구동차륜에 해당하는 만큼 돌출부가 형성되어 실내공간이 협소하게 되거나 차량의 구조상 구동차륜의 대형화가 어려웠다. 따라서 소형의 구동차륜이 설치될 수 밖에 없고, 주행중 발생하는 소음이나 진동이 승차감을 크게 떨어지게 한다. 더 나아가서 구동차륜의 높이만큼 탑승부가 종적으로 커지게 되어 그만큼 구조적 안정성과 경제성을 떨어뜨린다.

또 다른 문제점은 종래의 모노레일 시스템은 대형차량을 2량이상을 연결하여 운행하게 되면서 차체 중량이 수십톤에 달하게 된다. 결국 그 구동력을 위한 모터가 대형화되며, 모터의 대형화로 1000볼트 이상의 고압전력이 공급되어야만 구동이 되는 구조이다. 또한 이러한 고압전력을 사용하기 위해서는 변전소 및 급전시스템도 설치하여야하므로 설치 유지 비용이 급등할 수 밖에 없는 구조이다.

그러나 출퇴근 등 일시적인 혼잡 시간 외에는 대부분의 통근버스나 전철이 상당수 빈 차량 혹은 극히 적은 인원이 탑승한 채 운행되고 있다. 물론 출퇴근 및 혼잡 시간대에 운행간격을 좁히고, 비혼잡시에는 운행간격을 넓히는 형태로 운영효율을 높이려고 노력하지만 운행 차량 자체가 거대하다 보니 운행 효율성을 높이는 데 한계가 있다.

종래 모노레일, 전철, 경전철 등의 또 다른 문제점은 도심지에 설치를 하고자 하여도 막대한 지가(地價) 때문에 대도시 한가운데에 또 다른 전철역이나 운행로를 설치하는 것은 대단히 비경제적이다.

또한 새로운 노선(路線)을 설치하고자 하여도 대형 건물이 빼곡히 건설되고, 주택가, 상가 등이 서로 복잡하게 얽혀있는 경우 아무리 필요하다 하여도 설치가 어려우며, 설사 노선을 설치한다 하여도 엄청난 재원과 시간이 소요되는 것이 현실이다.

이러한 단점을 해소한 것으로 특허제 799701호는 기존의 구동방식을 영구자석의 흡착력을 이용하여 차량의 동력장치와 연계하여 구동이 가능하도록 하였다.

보다 구체적으로는 도 3과 도 4에 도시하듯이, 주행레일(30)의 주행면(31)에 접하는 부분인 트래드부(17a)와, 트래드부 사이에 배치되어 영구자석 벨트(18)를 구동차륜(17)에 이용하도록 하였다. 차량의 좌우수평고정은 가이드차륜(16)에 의하여 주행레일의 측면(32)에 밀착되므로 안정되도록 하였다.이러한 구성으로 경사지 등판이 불가능하던 종래의 모노레일과 달리 경사에 불문하고 구동이 원활하게 하였다.

이러한 구성의 특성상 경사지 구동과 마찰브레이크의 삭제 등으로 새로운 모노레일운행시스템으로 각광을 받았지만 몇 가지 단점이 노출되어오고 있다.

특히 역 T자 형 주행레일을 중심으로 좌우에 2개의 구동차륜이 설치되므로 곡선부 주행 및 회전반경에 제한을 받게 되었다.

또한 주행레일에 접하는 구동차륜이 회전에 의하여 편마모가 발생하여 주행성이 좋지 않게 되었다.

레일 제작시 용접부가 많아 용접응력이 많이 발생하여 레일의 변형이 발생할 수 있다. 특히 곡선부 가공과 3차원가공이 어려워 설치시 많은 제약을 받았다.

상기한 특허 제 799701호를 개선하여 본 발명자들의 특허 제864413호에서는 기존의 단일 구조형 모노레일의 치명적 단점을 개선한 전혀 새로운 형태의 파이프 가이드 3각 구조 궤도를 제시하였다. 이 구조는 도 5와 도 6에 도시하듯이 중앙에 주행레일(50)을 중심으로 좌우 대칭구조의 가이드레일(51)(52)이 연결프레임(54)에 의하여 연결하며, 파이프거더의 상측으로는 리액숀플레이트(20)를 설치하고, 하측에는 교좌부(55)를 설치하고, 이 교좌부에 의하여 도로에 설치된 교각(56)에 연결되도록 구성한 새로운 구조의 V가이드 파이프 레일을 설치하여 가공상의 문제점, 경사지설치시 3차원곡면 구조의 레일 설치의 용이함 그리고 고속 주행성등의 기존의 모노레일의 갖는 단점을 일거에 해소한 장점이 있었다.

본 발명은 본 발명자의 레일을 주행하는 차량의 정확한 정차위치를 제어할 수 있으며, 경사지 주행시에도 승객은 항시 수평상태를 유지할 수 있는 승차감이 개선된 브이 가이드 파이프 레일 운행시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한 평지의 고속 주행속도와 경사지의 안정한 주행이 가능한 V가이드 파이프 레일 운행시스템에 관한 것이다.

본 발명은 평지를 주행하던 차량이 경사지를 접할 경우 피니언과 랙크기어간의 충격을 방지하기 위한 상시 물림식의 랙크엔드피니언 타입의 브이 가이드 파이프 레일을 개발하여 평지주행과 경사지 주행시에 따른 제한을 없애도록 하였다.

본 발명은 중앙에 주행레일을 설치하고 그 좌우에 가이드레일을 설치하도록 구성한 정면에서 관찰시 V자형태로 된 3개의 레일을 일체로 구성한 새로운 레일로 좌우상하균형을 잡아주면서 고속 주행이 가능하게 하였다.

본 발명은 또한 랙크기어부와 싱크로나이징 휘일의 피니언 기어가 상시물림 상태로 주행하도록 하여 차량의 정확한 정차위치 제어가 가능하게 하였다.

본 발명은 또한 차량이 경사지 주행시에도 랙크앤드피니언 기어의 구조에 의하여 주행이 원활하게 하였다.

본 발명은 평지 주행시에 랙크와 피니언기어의 이맞물림으로 발생되는 소음과 속도 저하를 평지주행시와 경사지 주행을 구분하여 구동차륜을 양분하여 중간에 별도의 싱크로나이징 휘일을 설치하였다. 따라서 구동차륜과 랙크기어는 고속주행시에는 분리작동하도록 하여 주행속도에 제한을 받지 않도록 하였다.

본 발명은 레일의 설치가 어려운 경사지에 진입시에 차량을 경사각에 맞추어 수평을 유지하도록 하여 승객에 대한 승차감을 개선하도록 하였다.

본 발명은 특히 복잡하게 발달한 기존의 도심지에 다양한 고층건물이나 구조물들이 설치되어져 일반적인 토목공법으로 전철, 경전철, 지하철의 설치가 어렵고 설사 설치가 된다하여도 엄청난 재원과 시간이 소요되는 지역일 지라도 본 발명의 3차원구조의 브이자 형태의 파이프레일은 설계에 제한을 받지 않고 설치가 가능하게 한다.

본 발명의 브이 가이드 파이프 레일을 이용하면서 중앙의 주행레일에 랙크기어부를 설치하였다. 따라서 산간오지, 경사지라하여도 특별한 기반시설물을 위한 토목공사가 필요없이 얼마든지 운송시스템을 구축할 수 있다.

본 발명은 기존의 랙크엔피니언 기어의 구동방식이 고속주행의 장애물로 속도저하와 함께 소음과 진동의 원인이 되었으나, 본 발명은 경사지주행시에 랙크앤드피니언으로 구동되어 상기한 소음과 진동의 문제를 해소하게 되었다.

본 발명은 브이 가이드 파이프 레일이라는 새로운 형태의 레일을 개발하여 평지 주행중에는 속도에 제한없이 고속 주행하고, 경사지 주행시 충격없이 부드러 운 주행을 가능하게 한다.

본 발명은 주행레일을 중심으로 좌우에 대칭이 되게 가이드레일을 설치한 파이프 가이드 3각 구조 궤도 운행 시스템에 관한 것으로, 경사지주행시 탑승부를 수평으로 유지가능하게 하여 승차감을 개선한 수평제어와 안전한 주행가능한 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 대표적 실시예를 첨부한 도면에 의하여 설명한다.

본 발명은 승객들을 탑승시켜 주행가능하게 하는 탑승부 그리고 탑승부가 레일을 주행하기 위하여 탑승부하측 새시부에 충격흡수장치, 구동모터, 변속기, 가이드차륜,구동차륜 및 콘트롤장치들이 설치구성된 운행차량으로 구성되는 V가이드 파이프 레일 운행 시스템에 있어서,

주행레일부(R)를 중심으로 좌우 대칭구조의 가이드레일(51)(52)이 연결프레임(54)에 의하여 연결된 3각 구조 레일로 구성하되, 중앙의 주행레일(50)에 랙크기어부(101)를 설치하며,

상기한 주행레일을 주행하는 구동차륜(18)을 양분하여 중앙에 싱크로나이징휘일(102)를 배치하며,

상기한 싱크로나이징휘일과 양측의 구동차륜 사이에는 클러치부(105)를 배치하며,

상기한 싱크로나이징휘일의 외주면에는 피니언기어부(102a)를 배치하여 랙크기어와 상시물림가능하도록 구성하고,

탑승부의 하측에는 주행레일의 경사각에 대응하여 탑승부를 수평으로 유지하 는 수평제어부(300)를 설치하는 것을 특징으로 하는 수평제어와 경사지 안전 주행가능한 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서 주행레일부의 양측에 설치되는 가이드레일에는 차량의 좌우수평과 높이 그리고 주행시 발생되는 각종 충격을 흡수하면서 차량의 운행방향을 정확하게 안정적으로 잡아주는 역활을 가이드롤러(16)에 의하여 수행한다. 가이드 롤러는 아무런 동력이 없이 가이드레일의 좌우와 상하측에서 차량의 균형과 좌우폭을 정확히 잡아주는 역활을 하게 된다.

본 발명에서 가이드롤러는 도시하듯이 기본적으로 널리 채용되는 원형 휘일의 표면에 탄성재를 부착한 구조이며, 필요에 따라서는 표면을 가이드레일의 원형도에 맞추어 안으로 약간의 오목면을 구성한 형태로 할 수 있다.

가이드레일의 형태가 도시하듯이 단순히 하나의 가이드레일만으로 지지될 경우만이 아니라 가이드레일이 2중, 또는 3중이상으로 중첩하도록 구성할 경우에는 그 가이드레일의 숫자에 대응되는 형태로 가이드롤러를 설치하게 된다.

본 발명에서 주행레일부(R)의 상면에 설치되는 랙크기어부는 본 발명의 운행시스템의 탑승부가 무인 운행이므로 승하차장에 정확히 정차하여야만 발생가능한 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 정밀성을 요하며, 도심의 발달에 의하여 승하차장이 도심의 건물내부에 설치하기도 하기 때문에 이러한 구성이 필요하다. 즉, 복잡한 도심에서 기존에 설치된 건물이나 도로 혹은 구조물을 그대로 잔류한 채 레일을 설치할 경우, 주행레일이 급격히 휘어지기도 하고, 경사의 형태로 구성이 될 경우가 많다. 본 발명은 이러한 복잡한 도심구조에서도 최단시간안에 승하차장이 설 치될 수 있어 일반 모노레일이나 경전철, 지하철과 달리 복잡한 형태의 3차원적 레일 설치가 가능하게 하였다.

본 발명에서 주행레일부에 설치되는 파이프거더와 가이드레일을 원형으로 구성하는 것이 가장 적합한 형태이지만, 설치현장의 상황에 따라서는 파이프거더를 타원형으로 구성하여 차량의 운행시 발생하는 부하를 효과적으로 분산시킬 수 있도록 한다. 구체적으로는 주행용 차량이 대용량, 즉, 50인이상의 대형으로 운행될 경우 상부로 부터 받는 부하가 원형파이프형태로만 지탱하기 어려울 경우 가이드레일이나 주행레일에 가해지는 부하의 효과적으로 분산시킬 수 있도록 접촉면적을 넓게 구성하여 준다.

본 발명의 또 다른 예로 도 15에 도시하듯이 주행레일부의 주행레일의 하부에 설치되는 파이프거더가 다각형의 구조로 구성한다. 일반적으로 4각봉이 갖는 특징으로 상부표면이 평형을 이루므로 이곳에 직접 본 발명의 랙크기어부를 설치하여 줄 수 있다. 이러한 구조 역시 주행하는 차량이 대형이거나 주행부하가 심할 경우에 이러한 형태로 하여 가해진 부하를 효과적으로 분산할 수 있게 한다.

본 발명의 또 다른 특징으로 도 16에 도시하듯이 주행레일부의 주행레일의 하부에 설치되는 파이프거더가 H형 비임으로 구성할 수 있도록 한다. 이러한 구성 역시 상부로 부터 가해지는 부하가 심할 경우 부하의 효과적 분산과 동하절기 열수축팽창을 흡수분산하도록 하기 위한 것이다.

보다 구체적으로는 본 발명의 피니언기어부(102a)와 주행레일의 랙크기어부(101)는 주행중에는 항시 맞물려 진행한다. 따라서 승하차장 위치에 접 근하여 정차를 할 경우에도 랙크기어부와 맞물림되어 있어, 레일과 주행차륜간의 슬립현상의 발생가능성이 없어 원하는 위치에 정확하게 정차가능하다. 정차위치는 정확한 콘트롤을 위하여 승하차장(500)에 접근하기 전에 설치된 신호발생부(501)에 의하여 정차를 준비하도록 속도감속이 진행되며, 승하차장의 정차위치에 도달하면 정차신호발생부(503)에 접근하면 구동모터의 구동을 멈추고 브레이크작동하여 정확한 정차가 가능하게 된다.

보다 구체적으로는 주행레일을 주행하는 구동차륜(18)을 양분하여 중앙에 싱크로나이징휘일(102)을 배치하였다. 따라서 구동차륜과 주행레일상의 상부에 배치된 랙크기어는 항시 이 싱크로나이징휘일을 통하여 연결과 차단이 가능하게 구성한 것이다.

그리고 상기한 싱크로나이징휘일과 양측의 구동차륜 사이에는 클러치부(105)를 배치하며, 이 클러치부는 별도의 콘트롤장치에 의하여 클러치작동여부를 임의로 콘트롤할 수 있게 한다. 따라서 싱크로나이징휘일의 외주면에 배치된 피니언기어부(102a)를 통하여 랙크기어와 상시물림상태로 된다.

이러한 구성에 의하여 랙크기어부와 피니언기어부가 항시 이맞물림되어 주행하면 정차위치나 속도제어가 기어에 의하여 정확히 제어가 가능한 반면에 고속 주행시에는 기어의 이맞물림이 오히려 속도 증가에 비례하여 저항이 크게 된다. 따라서 본 발명은 평시 주행시에는 클러치부(105)에 의하여 구동차륜과 주행레일의 랙크기어부와 이맞물림된 싱크로나이징휘일의 피니언기어부(102a)의 연결상태를 단절시켜 무부하로 동작이 되게 하였다.

그리고 정차를 하거나 경사지 주행시에는 클러치부에 작동 신호를 주어 구동차륜(18)과 싱크로나이징휘일(102)의 피니언기어부와 연동하도록 한다. 따라서 평지주행시에는 싱크로나이징휘일의 피니언기어부가 랙크기어부에 맞물린다 하여도 구동차륜과는 분리되어진 상태로 부하가 없이 자유회전하므로 고속 주행시에 발생가능한 저항과 소음을 극소화하여 준다.

이러한 클러치부에 대한 신호의 발생여부는 상기한 신호발생부(501)이나 정차신호발생부(503)로부터 신호가 공급되면 클러치에 대한 신호를 주도록 한다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 주행레일에 설치된 랙크기어부의 폭을 평지 와 경사지 주행을 분리하여 설치하는 것이다. 상술하였듯이 랙크기어부와 구동차륜에 설치된 싱크로나이징휘일의 피니언기어부는 상시물림상태로 유지되어져있다. 그러나 평지주행은 경사지주행보다 고속으로 주행하므로, 랙크앤드피니언이 상시물림상태로 주행하면 맞물린 기어부에서 소음과 진동이 발생하게 된다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 본 발명에서는 주행레일의 평지 주행부에는 랙크기어부의 폭을 좁게 구성하였다. 이러한 구성은 평지주행시에는 랙크앤드피니언이 무부하로 상시물림상태는 유지하지만 기어의 치부간 접촉면적을 최소화하여 치부간 고속접촉에 의한 소음과 진동을 극소화하도록 하였다. 평지주행이 종료되거나 승하차장에 진입시에는 다시 랙크기어부의 폭을 증가시켜주어 싱크로나이징휘일의 피니언기어부와의 접촉면적을 극대화하므로 정확한 동작이 이루어지게 한다.

보다 구체적으로는 도 11에 도시하듯이 평지주행부의 평지랙크기어부(101a)와 경사랙크기어부(101b)의 사이에는 평지와 경사의 사이의 랙크기어의 폭차이를 점차 완화하면서 체결이 이루어지도록 중간랙크부(101c)를 설치하여 준다.

이러한 랙크기어부의 폭조절은 기본적으로 상시물림동작에 따른 소음과 진동을 감소시키는 효과외에도 기어의 크기감소로 원자재와 가공비의 획기적 절감 그리고 마모율감소와 고장시 유지보수의 절감효과를 얻을 수 있게 한다.

본 발명의 또 다른 특징은 탑승부에 승차한 승객의 승차감을 최적화하기 위하여 탑승부의 하측 새시프레임(13)과 구동부의 사이에 수평제어부(600)를 설치하는 것이다.

차량이 경사지를 주행하게 되면 상기하듯이 경사신호발생부(511)로부터 신호가 전달되며, 이 신호에 의하여 경사지의 경사각에 맞추어 수평제어부(600)에 의하여 경사각에 맞추어 탑승부가 지면과 항시 수평을 이루도록 한다.

이러한 경사지 수평제어는 새시프레임하부에 설치된 유공압실린더(513)에 의하여 경사각에 맞추어 로드의 수축팽창으로 탑승부를 평행 유지하도록 한다. 평행유지를 위한 수단으로는 일반적으로 유공압실린더에 의한 조절이 가능하지만, 필요에 따라서는 랙크앤피니언(rack and pinion)구조에 의한 것, LM(Linear Motor)와 같은 장치 혹은 와이어의 권취와 해제와 같은 수단 등으로 다양하게 수행가능하며 모두 본 발명의 범주에 속한다.

본 발명의 또 다른 특징으로 도 14에 도시한 것은 건물을 관통하거나 건물에 인접하여 직접 승하차장 혹은 주행로를 설치하는 경우이다. 예를 들어 설치하고자 하는 곳에 도시하듯이 도로(r)와 건물들(b)들이 복잡하게 밀집설치되어져 있는 경우에, 본 발명은 건물(b)의 일개층 정도를 할애하여 직접 관통하거나 혹은 건물측 면을 비껴지나가도록 배치하며, 도로의 위를 간단한 기둥(p)의 설치로 횡단하여 승하차장을 설치하게 된다. 이러한 특징은 일반적인 경전철이나 전철과 달리 본 발명의 레일구조가 V가이드 파이프 레일의 구조이므로 경사지를 주행가능하기 때문에 가능하다.

본 발명의 운행 시스템에 적합한 구조의 차량과 동작에 대하여 설명한다. 본 발명의 시스템에 적합한 차량은 도 17에 도시하듯이 차량제어컴퓨터(C)가 설치되어, 이 차량제어컴퓨터로 레이더화상센서(801), 자기센서(802), 경사감지센서(803) 그리고 슬립감지센서(804)로 부터 신호를 받도록 한다. 여기서 레이더화상센서는 주행하는 차량이 전후방 혹은 측면에 설치된 카메라와 레이더에 의하여 물체의 접근, 이물질감지 등이 가능하게 하는 것이며, 자기센서는 차량의 현재위치, 속도 등을 주행레일의 주행조건에 맞추어 설치한 것을 감지하는 것이다. 그리고 경사감지센서는 경사지 진입전에 경사지 진입을 미리 알도록 하는 것이며, 슬립감지센서는 주행중에 차량이 주행레일상에서 미끄러지는 여부를 판단하는 것이다.

이러한 센서들에 의하여 감지된 신호를 제어컴퓨터에서 연산처리하여 차량의 주행상태를 결정하게 된다. 예를 들어 경사감지센서의 신호가 들어오면 상술하듯이 클러치부에 대한 작동신호를 부여하여 무부하로 작동하던 싱크로나이징휘일의 피니언기어부가 랙크기어와 물려 돌아가도록 하는 것이다.

마찬가지로 슬립이 감지되는 경우 동일한 동작으로 차량의 슬립을 막아 주게 되며, 승하차장 진입시에도 동일한 동작으로 차량을 정확하게 정차가능하게 한다.

본 발명의 차량제어컴퓨터에 들어오는 신호중 차간통신(808)신호는 주행레일 을 주행하는 차량들 간에 통신이 이루어지도록 하여 차간거리확보, 전후 차량의 속도조절 등이 가능하도록 하는 것이다.

차량제어컴퓨터에는 차량의 동력원이 되는 모터(810)와 브레이크(811)에도 필요한 제어신호를 주어 모터의 속도, 가감속이 가능하게하며, 브레이크의 작동여부도 상기한 센서들의 신호에 맞추어 콘트롤이 이루어 지도록 한다.

본 발명의 차량 운행 시스템의 실제 동작을 차량이 승하차장에 진입하는 시점에서부터 다음 승하차장에 정류하여 승객이 하차하는 과정까지를 설명하면 다음과 같다.

차량이 승하차장에 접근하면 정지신호발생부(501)로부터 발생된 신호를 차량에 설치된 자기센서(701)로부터 수신하여 차량제어컴퓨터로 송신하는 단계,

수신된 신호를 차량제어컴퓨터에서 받아 해당 신호가 정지신호인지를 연산하여 정지신호이면 주행레일위를 구동하는 구동차륜(18)의 클러치부에 대한 작동신호를 발신하여 랙크기어부와 싱크로나이징휘일(102)의 피니언기어부를 연동하도록 하는 단계,

차량이 승하차장에 진입하면 구동차륜에 구동력을 공급하는 구동모터에 대한 동력을 차단하는 동시에 브레이크부에 대한 신호를 발하여 브레이크하는 단계,

차량이 승하차장의 정차위치에 설치된 정차위치확인센서(501a)로부터 오는 신호를 받아 차량을 정확한 정차위치로 정차하는 단계,

차량이 승하차장에 정차한 다음 일정시간경과후 출입구를 개방하는 단계,

출입구 개방시간을 위한 설정시간이 경과하면 출입구에 승객의 승하차를 위 하여 접근하는지 여부를 확인하는 단계,

출입구에 대한 승객의 접근이 없으면 출입구를 닫아주는 단계,

차량과 승하차장과의 사이에 승객의 존재여부를 판단하는 동시에 해당 차량의 전후에 다른 차량과의 거리를 판단하여 다음 차량과 설정된 거리만큼 분리되었으면 차량을 출발하기 위하여 구동모터에 대한 작동신호를 발하는 단계,

차량의 출발후 승하차장을 이탈하면 구동차륜(18)의 중앙에 있는 클러치부에 대한 클러치에 신호를 주어 랙크기어부와 싱크로나이징휘일(102)의 동작이 구동차륜에 전달되지 않은 채 무부하상태로 하는 단계,

차량이 다음 승하차장으로 전진하는 단계로 구성된다.

상기한 차량운행시 차량승하차를 위한 승하차장이 도 9와 14와 같이 경사지게 구성한 경우에는 상기한 단계에서 차량의 승하차장 진입시

차량이 승하차장에 접근하면 정지신호발생부(501)와 경사신호발생부(511)로부터 발생된 신호를 차량에 설치된 자기센서(701)로부터 수신하여 차량제어컴퓨터(C)로 송신하는 단계,

수신된 신호를 차량제어컴퓨터에서 받아 해당 신호가 정지신호인지를 연산하여 정지신호이면 주행레일위를 구동하는 구동차륜(18)의 클러치부에 대한 작동신호를 발신하여 랙크기어부와 싱크로나이징휘일(102)의 피니언기어부를 연동하여 구동차륜도 함께 연동하는 단계로 구성하여 차량의 정지신호와 경사지 주행을 함께 이행하도록 한다.

본 발명에서 정지신호와 승하차 주행은 상기하듯이 클러치부에 대한 작동신 호에 의하여 구동차륜과 랙크기어부가 맞물리면서 동작하므로 경사지 주행시 발생되는 슬립현상이 없어지게 되는 것이다.

도 1 은 종래 모노레일의 단면도,

도 2 는 종래 모노레일 설치를 제시한 조감도,

도 3 은 본 발명자의 특허 제799701호 자석식 모노레일의 부분분해 사시도,

도 4 는 본 발명자의 특허 제799701호의 자석식 구동부의 사시도,

도 5 와 6 은 종래 본 발명자의 특허 제 864413호의 부분절개 사시도와 정단면도,

도 7 은 본 발명의 정단면도,

도 8 은 본 발명의 랙크가이드형 3중레일의 사시도,

도 9 는 본 발명의 경사지주행의 설명을 위한 구성도,

도 10 은 본 발명의 승하차정류장 주행 설명을 위한 구성도,

도 11 은 본 발명의 평지와 경사지 혹은 승하차랙크부의 평면도,

도 12 는 본 발명의 조감도,

도 13 은 본 발명의 실제 주행을 도시한 조감도.

도 14 는 본 발명의 도심밀접지 설치상태 구성도,

도 15 는 본 발명의 또 다른 주행레일의 설치상태 단면도,

도 16 은 본 발명의 또 다른 주행레일의 설치상태 단면도,

도 17 은 본 발명의 차량의 구성을 보여주는 구성도임.

Claims (3)

1. 승객들을 탑승시켜 주행가능하게 하는 탑승부 그리고 탑승부가 레일을 주행하기 위하여 탑승부하측 새시부에 충격흡수장치, 구동모터, 변속기, 가이드차륜,구동차륜 및 콘트롤장치들이 설치구성된 운행차량으로 구성되는 경전철형 레일 운행 시스템에 있어서,

   주행레일부(R)를 중심으로 좌우 대칭구조의 가이드레일(51)(52)이 연결프레임(54)에 의하여 연결된 V자형태의 레일로 구성하되, 중앙의 주행레일(50a)에 랙크기어부(101)를 설치하며,

   상기한 주행레일을 주행하는 구동차륜(18)을 양분하여 중앙에 싱크로나이징휘일(102)을 배치하며,

   상기한 싱크로나이징휘일과 양측의 구동차륜 사이에는 클러치부(105)를 배치하며,

   상기한 싱크로나이징휘일의 외주면에는 피니언기어부(102a)를 배치하여 주행레일의 랙크기어와 상시물림가능하도록 구성하고,

   탑승부의 하측에는 주행레일의 경사각에 대응하여 탑승부를 수평으로 유지하는 수평제어부(300)를 설치하는 것을 특징으로 하는 수평제어와 경사지 고속주행가능한 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   주행레일부는 중앙에 파이프거더(50)를 중심으로 상측으로는 랙크기어부(101)가 설치된 주행레일(50a)을 설치하는 동시에 주행레일과 높이(h)의 차이를 두고 좌우 대칭구조의 가이드레일(51)(52)이 연결프레임(54)에 의하여 연결되어지며,

   상기한 주행레일부의 하측에는 교좌부(55)를 설치하고, 이 교좌부에 의하여 도로에 설치된 교각(56)에 연결하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수평제어와 경사지 고속주행가능한 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   주행레일에 설치된 랙크기어부의 폭을 평지 주행부분의 폭이 경사지와 승하차주행의 랙크기어부 폭보다 좁게 구성하는 것을 특징으로 하는 수평제어와 경사지 고속주행가능한 브이 가이드 파이프 레일 운행 시스템.

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