KR20030069208A - 차량수송장치 - Google Patents

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Abstract

운행 궤도(4)를 따라 운행하는 대량수송장치는 차량들이 수평조향수단에 의해 일직선 형태에서 옆으로 나란한 형태로 접힐 수 있는 형태로 관절식으로 연결된 차량들로 구성된다. 구동 또는 제동 모터장치가 구비되며, 상기 모터장치의 일 부분(8)은 상기 운행 궤도를 따라 배치되어 각 차량에 장착된 상기 모터장치의 제2 부분(7)과 상호작용한다. 구동기계를 개선하기 위해서, 상기 모터장치의 제2 부분은 주 빔(2)을 따라 연장되는 적어도 하나의 구동면(7)으로 구성된다. 주 빔(2)은 차량에 부착되며 차량의 이동방향에 평행하다.

Description

차량수송장치{VEHICLES TRANSIT APPARATUS}
본 발명은 차량들로 구성되는 궤도형 대량수송장치로서, 관절식으로 연결되도록 구성되어 상기 차량들이 직선 배치에서 옆으로 나란한 배치로 접혀질 수 있고, 상기 차량들은 상기 차량들의 양 단부에 위치한 지점들에서 상기 차량에 선회가능하게 연결된 디스턴스 빔(distance beam)들에 의해 서로에 연결되며, 여기서 수평조향수단이 구비되어 상기 궤도의 특정 부분 동안 상기 차량들이 상기 직선 배치에서 상기 옆으로 나란한 배치로 수평으로 선회하게 하고, 또한 여기서 구동 또는 제동 모터장치가 구비되어, 상기 궤도를 따라 위치된 상기 모터장치의 일 부분이 각 차량에 장착된 상기 모터장치의 제2 부분들과 상호작용함으로써, 상기 차량들을 각각 제동 및 가속하는 대량수송장치에 관한 것이다.
전통적으로, 철도는 중량물 수송을 고려한 설계로 제작되었다. 선로 설계, 선로 지지물 설계, 교량, 모든 종류의 철도차량들이 자동차 설계 개념과 비교하면 무겁다. 자동차의 무게는 일반적으로 공차상태로 1.5 - 2.0 톤의 범위인 반면, 전형적인 대량수송 지하철 차량은 무게가 30 - 40톤이다. 화물에 관하여 트럭과 화물열차 간에도 유사한 관계가 성립한다. 게다가, 특히 화물운송용의 원동기는 무게가 기관차당 100톤을 초과할 정도로 무겁다. 예전의 증기기관차들은 무게가 200 - 300톤 범위였다. 전통적인 철도기술의 발전은 무거운 하중을 운반할 필요성에크게 좌우되었다. 이와 유사하게, 자동차용 도로 및 교량들은 교량 및 도로 표면상의 가장 무거운 하중, 즉 트럭을 상정하여 설계된다.
조종 측면에서, 열차는 전통적으로 적어도 한 명의 기관사가 배치된다. 기관사에 드는 비용은 차량의 재무비용에 비하면 원래 매우 작았다. 그러나, 상대적 임금비용이 증가하고 상대적 차량재무비용이 감소함에 따라, 이러한 관계는 약해졌다. 상황이 이렇게 전개되자, 이후의 설계는 두 가지 방향으로 나아가게 되었는데, 하나는 한 명의 기관사가 배치된 더 크고 더 무거운 열차이고, 다른 하나는 기관사가 없는 작고 가벼운 열차이다. 이에 따라, 회로 및 프로그래밍 방식의 매우 정교한 전자적 관리 및 제어 시스템에 기초한 무기관사 시스템이 최근 개발되고 영업에 도입되어, 공공 승객수송 시스템을 안전하게 운행하려 한다. 공공 대량수송 시스템으로서 기술적으로 복잡한 시스템에 대한 이러한 안전승인 절차는 그 자체로서 소모적이다.
전통적으로, 에너지 비용의 중요성은 새로운 수송 시스템에서 추가된 특징들에 의해 얻어지는 이점들에 비해 낮았다. 전지구적 온난화와 화석연료의 적지 않은 소비는 전통적인 설계개념을 바꿀 것이다. 여러 형태의 에너지보존수단이 역과 역 사이에서 최고 80 ㎞/h 에까지 이르는 40톤 짜리 지하철 차량을 1.5분마다 가속 및 감속하는 전통적인 대량수송 시스템에 사용되고 있다. 근본적으로, 최고속도를 줄이고 중량을 줄이면서 다른 수단에 의해 총 이동시간을 비슷하게 유지하는 것이 나을 것이다.
본 발명은 전통적인 열차 기술과 현대의 열차 기술의 장점 및 단점을 비판적으로 검토하여 도출된 것이다. 강철 레일(rail)과 강철 바퀴의 근본적인 강점은 고무 바퀴 및 연속 표면에 비하여 낮은 구름저항에 있다. 전통적인 열차 기술의 근본적인 약점은 무기관사 대량수송장치에는 필요하지 않은 가혹한 설계사양이다. 현대의 열차 기술의 근본적인 약점은, 안전을 확보하기 위한 전자적인 칩 기반 시스템과, 전기 구동 제어, 차내에 탑재된 모든 전기 시스템, 트랙을 따라 설치된 신호 시스템 등과 같은 조종에 관한 결정을 하는 서브시스템을 거의 무한정 사용하는 데 의존한다는 점이다. 이러한 시스템들은 필연적으로 매우 복잡해졌고, 이로 인해 엔지니어링에 들어가는 비용을 증가시키고 있으며, 실제로 신뢰성은 낮아지고 있고 또한 작동시켜서 사용할 수 있는 상태로 만드는 문제는 이러한 시스템의 공급자들에게 끊임없이 커지는 난관이 된다.
상기 중대한 문제점들에 근거하여, 상술한 근본적인 문제들의 장점과 단점들을 다루는 새로운 대량수송 차량을 발명하였다.
본 발명의 차량은 연속적으로 함께 연결되어 열차를 형성할 수 있는데, 상기 차량은 열차의 길이가 뚜렷이 나누어지는 구조로 또는 각 차량이 단부끼리 끊임없이 연결되는 고리 형태의 연속적인 열차로 운행될 수 있다(국제출원 WO 99/58387 참조). 상기 차량의 새로운 특징들은 구동 및 제동 시스템 영역에서 발견되는데, 상기 구동 및 제동 시스템은 차량에서 시스템의 고정부분으로 이동되었다. 고정된 구동 및 제동 시스템과 차량부분의 경계부는 차량 전체에 걸친 평평한 면으로 이루어진다. 게다가, 보기(bogie) 및 바퀴 장치와, 승객의 승하차용 플랫폼(platform)에 관한 발명들도 발명하였다. 본 발명의 이러한 특징들은 특허청구범위에 기재되어 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하겠다.
도 1은 본 발명에 따른 차량이 레일 위에 조립되어 있는 것을 도시한 것이다.
도 2는 보다 알기 쉽도록 객실을 분리한 본 발명에 따른 차량 장치를 도시한 것이다.
도 3은 부분적으로 접힌 상태로 운행중인 차량 구조물을 객실 없이 도시한 것이다.
도 4는 승객 플랫폼의 위치에 특히 중점을 두고 두 대의 완전히 접힌 차량 구조물의 상태를 도시한 것이다.
도 5는 수직 각 편차(angle deviations)에 대한 차량 중앙 링크장치의 적응능력을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 특유한 탠덤(tandem) 바퀴 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 고정식 구동/제동 조립체의 실시예를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시한 차량 조립체는 대각선 차량 빔(beam)(1)과, 대체로 수평이며 결합점(3)에서 수직으로 다소 회전가능한 길이방향 구동 주(主) 빔(2)으로 구성된다. 승객 및 차량 조립체의 차체중량에 의해 발생하는 수직 하중은 대각선 차량 빔(1)의 각 단부(6)에 부착된 수평회전가능 바퀴장치(5)를 통해 트랙(4)에 전달된다. 결합된 구동 빔(2)은 차량 빔(1)에 견고하게 부착되고 타단부는결합점(3)에 연결된다. 디스턴스 빔(2')은 결합점(3)에 연결되고 구동 빔, 즉 주 빔(2)의 관절식 연장부를 형성한다. 디스턴스 빔(2')의 타단부는, 대체로 수평으로 그리고 수직으로 다소 회전가능하게, 연속되는 동일한 차량 조립체에 연결된다. 대각선 차량 빔(1)의 주요 기능은 차량 조립체에 의해 발생하는 수직 하중 및 비틀림 하중을 지탱하는 것이다. 역에 가까워지면, 트랙(4)은 도 3에 나타낸 것처럼 점차 넓어지게 되고, 이로써 연속적으로 연결된 차량 조립체들은 도 3에 나타낸 것처럼 점차 회전하게 되고 주 운행방향으로의 운행속도가 감소하게 되며, 승객의 승차 및 하차를 위해 설계된 역을 떠날 때에는 이와 반대이다. 연결된 구동 빔(2)에는 차량 조립체의 길이 전체에 걸쳐 적어도 하나의 연속적이고 평평한 구동면(7)이 구비되는데, 여기서는 기능적인 측면에서 아래로 향하는 면으로 선택된다. 상기 평평한 구동면(7)의 기능은, 차량이 주 길이방향 축의 방향으로 운행중일 때, 즉 역 사이에서 운행중일 때, 구동 빔(2)을 구비한 차량 조립체와, 상기 평평한 구동면(7) 부근의 운행 궤도를 따라 고정 설치된 적절한 구동 및/또는 제동 장치(8) 사이에서 물리적인 힘의 전달점으로 작용하는 것이다. 상기 구동/제동 장치(8)는 하나 이상의 바퀴일 수 있으며, 바퀴 표면과 평평한 구동면(7) 사이의 마찰에 의해 차량, 즉 평평한 구동면(7)에 힘을 전달하는 리니어 모터(linear motor)를 구동 또는 제동함으로써, 차량 또는 연속적으로 연결된 차량 조립체들을 가속, 감속 또는 정속주행하도록 할 수 있다. 평평한 구동면(7)의 제동은 또한 구동/제동 장치(8)를 브레이크 패드(brake pad)로 설계함으로써 수행할 수 있는데, 상기 브레이크 패드는 평평한 구동면(7) 쪽으로 눌려져서 제동력이 차량 조립체 또는 연속적으로 연결된 차량 조립체들에 전달되도록 한다. 구동 빔(2)의 주요 기능은 주 운행방향으로 연속적인 구동면(7)을 제공함으로써, 고정 설치된 구동/제동 수단이 길이방향 및 주 운행방향으로 힘을 전달하고, 제동시에는 반대방향으로 힘을 전달할 수 있도록 하는 것이다. 구동 빔(2)의 제2 기능은 일련의 연속적으로 연결된 차량 조립체들 사이에 길이방향 구동력 및 제동력을 전달하는 것이다. 하나의 바퀴 장치(5)는 대체로 수평으로 그리고 수직으로 다소 회전가능하게 대각선 차량 빔(1)의 각 단부에 연결된다. 각 바퀴 장치(5)에는 두 개의 바퀴(9)가 장착되어 있으며, 각 바퀴(9)는 바퀴 테두리(wheel rim)의 양쪽에 플랜지(10)를 갖는다. 플랜지(10)의 기능은 차량 조립체를 접는데 필요한 회전력을 트랙과 함께 발생시키는 것과 역 지역을 벗어난 구간에서 안내력(guiding force)을 제공하는 것이다. 바퀴 장치(5)에는 바퀴 장치(5)와 트랙(4) 사이의 횡방향 힘이 플랜지(10)가 옆방향 힘을 전달할 수 있는 능력을 초과할 경우에 대비하여, 플랜지(10)에 추가적인 옆방향 지지를 제공하는 측면 안내 바퀴(22)가 장착된다. 바퀴 장치(5)에는 또한 적어도 하나의 평평한 보기 구동면(13)이 장착됨으로써, 차량 조립체가 수평으로 회전하여 길이방향 운행에서 역 지역 근처 또는 역 지역에서 옆으로 나란한 상태에서의 가로방향 운행으로 변경하는 동안, 고정 설치된 구동 장치가 주 운행방향으로 제동력 또는 가속력을 전달할 수 있도록 한다.
구동/제동 장치(8)가 적절하게 기능하기 위해서, 고정 설치된 구동/제동 장치(8)와 움직이는 평평한 구동면(7) 사이에 명확하게 정의된 간격이 있도록 구동/제동 장치(8)를 설계할 필요가 있다. 이 간격은 바퀴 장치(5)에 위치한 바퀴(9)의마모에 의해 특히 영향을 받는데, 바퀴(9)의 마모는 평평한 구동면(7)이 구동/제동 장치(8)와 더 가까워지게 할 것이다. 따라서, 간격조정장치(14)를 도입하여 이 간격을 허용가능한 한계 내로 조정할 수 있게 한다. 간격조정장치(14)는 예를 들어 바퀴 지지점과 대각선 차량 빔(1) 지지점 사이에 설치된 웜 기어(worm gear)에 의해 바퀴 장치(5)의 대각선 차량 빔(1)에 부착되는 지점에 배치될 수 있다. 웜 기어의 출력축 또는 연결점은 편심되어 배치되어, 출력축이 웜 휠(wheel)에 의해 제공되는 입력축의 회전에 의해 회전하게 되었을 때, 대각선 차량 빔(1)과 견고하게 부착된 구동 빔(2)이 구동/제동 장치(8)와의 수직 거리를 증가 또는 감소시키게 한다. 고정 설치된 구동/제동 장치(8)와 움직이는 구동면(7) 사이의 간격을 정확하게 조정하는 다른 방법은 구동/제동 장치(8)의 위치를 구동면(7) 쪽으로 또는 구동면(7)으로부터 멀어지게 조정하는 것, 즉 구동/제동 장치(8)를 수직방향으로 조정하는 것이다. 이는 입력축을 수동 또는 자동으로 회전시킴으로써 일정 각도만큼 회전하게 되는 편심 출력축이 구비된 웜 기어를 사용하여 위와 유사한 방식으로 수행할 수 있다.
차량 조립체 설계개념은, 도 3에 도시된 것과 같이 트랙(4)을 넓히는 방법에 의해, 연속적으로 연결된 차량 조립체들이 단부끼리 연결된 형태에서 옆으로 나란한 형태로 접힐 수 있도록 한다. 이와 같이 옆으로 나란한 형태로 접히는 것은 차량 조립체가 그 길이방향 축이 주 운행방향으로부터 대략 90도 회전한 상태로 주 운행방향으로 천천히 움직이고 있는 동안 승객들이 객실(15)에 출입하여 차량 조립체에 승차 및 하차하는 역에서 일어나도록 되어 있다. 역의 고정된 플랫폼과객실(15) 사이의 상기와 같은 이동을 용이하게 하기 위해서, 차량 조립체에는 차량 조립체의 일단부 또는 양단부에 플랫폼(16)이 구비되어, 플랫폼(16)과 객실(15) 사이에 아무런 속력 차이 없이 승객이 객실(15)에 출입할 수 있도록 한다. 역에서는 대략 15 - 30 대의 차량 조립체가 옆으로 나란한 형태로 천천히 움직이고 있고 각 차량 조립체의 플랫폼(16)은 옆으로 나란한 형태로 배치됨으로써 움직이는 차량 조립체들에 연결된 이동발판구역을 형성한다. 승객들은 플랫폼(16)과 고정된 역 바닥면 사이에 약간의 속력 차이가 있는 상태에서 통상적인 보행 방향으로 상기 이동발판구역으로부터 움직이는 차량 조립체로 출입할 수 있다. 통로 플랫폼(16)은 차량 조립체와 함께 움직이고 있으므로, 승객은 플랫폼(16)과 객실(15) 사이에 어떤 속력 차이도 없는 상태에서 대략 90도 각도로 객실(15)에 출입하게 된다.
구동 빔(2) 결합부(3)는 수평방향으로는 일 방향으로 180도 가까이, 그리고 수직 방향으로는 몇 도 정도로 접힐 수 있도록 설계된다. 수평으로 크게 접을 수 있는 능력은 차량 조립체들이 그 길이방향 축방향의 운행에서 역에서의 옆으로 나란한 상태로 움직일 때 사용된다. 수직각도 조절능력은 연속적으로 연결된 차량 조립체들이 트랙(4)의 궤도를 따라 있는 언덕 및 경사로와 관련하여 때때로 수직 곡률반경을 포함하는 트랙(4) 상을 운행할 때 사용된다. 구동 빔(2) 상의 상기 결합부(3)는 옆방향으로 장착된 링크 아암(17)을 포함하는데, 상기 링크 아암(17)은 양단부가 각각의 연결점의 수직축을 중심으로 자유로이 회전할 수 있다. 일 단부는 대각선 차량 빔(1)에 연결되고, 타 단부는 대각선 차량 빔(1)과 같은 쪽에 있지 않은 결합점(3) 쪽으로 구동 빔(2)의 상부에 연결된다. 결합점(3)에서 구동 빔(2)은 수직 변위에 대해서는 견고하게 결합되나 다른 방향으로는 각운동을 허용하는 하부에 있다. 물리적으로, 상기 하부 연결점은 구(球)형 베어링을 사용하여 구성할 수 있는데, 상기 하부 연결점에서 한 부분은 대각선 차량 빔(1)에 견고하게 연결되는 구동 빔(2)에 견고하게 연결되고, 베어링 부분은 디스턴스 빔(2')에 견고하게 연결된다. 이상 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명의 범위에 속하는 다른 가능한 실시예들도 있다. 구동면은 아래쪽 대신 빔의 위쪽에 또는 양쪽 모두에 배치될 수도 있다. 구동면은 주 빔과 디스턴스 빔 모두에 배치될 수도 있다. 구동면은 구동 톱니바퀴와 상호작용하는 기어 랙(rack)의 형태로 되어 일종의 랙 철도를 형성할 수도 있다. 차량 조립체를 접는데 필요한 회전력을 더욱 확보하고 역 지역 외부의 구간에서 안내력을 제공하기 위해서는, 안내 트랙의 윗면에서 구르는 안내 바퀴를 차량에 장착할 수도 일으며, 상기 안내 바퀴는 예를 들어 바퀴 장치(5) 상에 위치된다.

Claims (10)

  1. 차량들로 구성되며, 상기 차량들은 일직선 형태에서 옆으로 나란한 형태로 접힐 수 있는 형태로 관절식으로 연결되고, 상기 차량들은 상기 차량들의 양단부에 위치한 결합점(3)들에서 상기 차량들에 회전가능하게 연결되는 디스턴스 빔(2')들에 의해 서로에 연결되며, 수평조향수단이 배치되어 상기 운행 궤도의 일 부분 동안 상기 차량들이 상기 일직선 형태에서 상기 옆으로 나란한 형태로 및 그 반대로 수평회전하도록 하고, 구동 또는 제동 모터장치가 구비되며, 상기 모터장치의 일 부분(8)은 상기 운행 궤도를 따라 배치되어 각 차량에 설치된 상기 모터장치의 제2 부분(7)과 상호작용하여 상기 차량들 각각을 제동 또는 가속하는, 운행 궤도(4)를 따라 운행하는 대량수송장치로서,
    상기 모터장치의 제2 부분이 주 빔(2)을 따라 연장되고 주 빔(2)의 일부를 형성하는 적어도 하나의 구동면(7)으로 구성되고, 상기 주 빔(2)은 차량에 부착되고 차량의 운행 방향에 평행하며, 상기 디스턴스 빔(2')은 주 빔(2)에 대하여 수평면으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
  2. 제1항에 있어서, 구동면(7)이 디스턴스 빔(2')을 따라 연장되고, 디스턴스 빔(2')은 차량의 일직선 방향으로 운행중에는 주 빔(2)의 방향으로의 연장부인 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
  3. 제1항에 있어서, 주 빔(2)과 운행 궤도를 따라 배치된 모터 장치(8) 사이의 간격이 조정가능한 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
  4. 제3항에 있어서, 주 빔(2)이 수직간격 조절장치(14)에 의해 차량의 바퀴 장치(5)에 부착되는 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
  5. 제3항에 있어서, 운행 궤도를 따라 배치된 모터 장치(8)가 차량간격 조절수단에 의해 운행궤도에 고정된 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
  6. 제1항에 있어서, 주 빔(2)이 차량의 아래쪽에 부착된 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
  7. 제1항에 있어서, 운행 궤도가 차량의 양면 플랜지 바퀴(9)가 위에서 구르는 트랙으로 구성되는 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
  8. 제7항에 있어서, 차량에 안내 트랙의 윗면에서 구르는 안내 바퀴가 구비되는 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
  9. 제1항에 있어서, 차량이 보기(bogie) 프레임으로 구성되는 보기 형태의 바퀴 장치(5) 위에서 지지되고, 보기 프레임은 고정 설치된 구동장치가 차량의 주 운행방향으로 제동력 또는 가속력을 전달할 수 있는 적어도 하나의 평평한 구동면(13)을 가지는 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
  10. 제1항에 있어서, 차량에는 일 단부 또는 양 단부에 플랫폼이 제공되고, 차량의 플랫폼은 차량이 역에서 옆으로 나란한 형태로 운행중일 때 이동발판을 형성하는 것을 특징으로 하는 대량수송장치.
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