KR20140131731A

KR20140131731A - 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물 및 그 시공 방법

Info

Publication number: KR20140131731A
Application number: KR20130050695A
Authority: KR
Inventors: 한영재; 김이현; 조정민; 정재영; 이진호
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2014-11-14

Abstract

선형동기모터(Linear Synchronous Motor: LSM) 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물로서, 그 상부는 강재 구조물로 제작하고 하부는 콘크리트 거더로 제작하여 강재 구조물을 콘크리트 거더 위에 설치함으로써 시공성과 정밀도를 확보할 수 있고, 이에 따라 LSM 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차에 용이하게 적용할 수 있고, 또한, 심플레이트 등으로 강재 구조물의 높이를 조정할 수 있으며, 강재 구조물은 가이드레일이 결합된 상태로 공장에서 직접 제작 가공함으로써 가이드웨이 구조물의 정밀도를 확보할 수 있는, 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물 및 그 시공 방법이 제공된다.

Description

가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물 및 그 시공 방법 {GUIDEWAY STRUCTURE HAVING STEEL UPPER STRUCTURE INTEGRATED WITH GUIDE-RAIL, AND CONSTRUCTING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 자기부상열차용 가이드웨이 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 선형동기모터(Linear Synchronous Motor: LSM) 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물(Guideway Structure)로서, 가이드레일이 결합된 강재 상부구조물을 콘크리트 거더 상에 설치하는 가이드웨이 구조물 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자기부상열차는 자력을 이용하여 차량을 선로 위에 부상시켜서 움직이는 열차를 말하며, 일반 철도차량에서의 바퀴가 수행하는 지지 및 구동안내 기능은 열차에 설치된 전자석과 궤도 구조물에 설치된 가이드레일 간의 자력에 의하여 수행된다.

이러한 자기부상열차가 움직이기 위해서는 열차를 선로로부터 띄우는 힘과 열차를 원하는 방향으로 진행시키는 두 가지의 힘이 필요하다. 열차를 선로에서 띄우는 방법은 크게 자석 양극의 반발력을 이용하는 반발식(Electrodynamic Suspension)과 자석과 자성체간의 인력을 이용하는 흡인식(Electromagnetic Suspension)으로 나눌 수 있다. 일반적으로, 반발식은 흡인식보다 제어 측면에서 장점을 갖지만, 저속에서는 코일에 유도된 자속이 차체를 띄울 수 있을 만큼 충분하지 못해 약 100km/h 이하의 속도에서는 바퀴를 사용해야 한다. 이에 비해 흡인식 열차는 차량의 부상력을 제어해 균형을 유지하는 부분이 복잡하지만 저속에서도 부상이 가능하다는 장점이 있다.

이러한 자기부상열차는 가이드레일과의 직접적인 접촉이 없으므로, 소음 및 진동이 매우 적고, 오염물질을 배출하지 않아 친환경적이며, 고속을 유지할 수 있기 때문에 도시 구간내에서의 차세대 열차 방식으로 각광을 받고 있다. 특히, 도시형 자기부상열차를 도시에 건설할 경우, 건설할 공간이 협소하므로 통상 지면위의 시설물에 방해받지 않도록 교량을 설치하여 지면으로부터 상당한 높이에 레일을 설치하여 운행하는 것이 일반적이다.

국내의 경우, 1989년 연구개발이 시작된 이래 최근에는 2006년 시작된 도시형 자기부상열차 실용화 사업을 통해 자기부상열차가 개발되었으며, 2011년에 인천국제공항에 시험선이 건설되었다. 이러한 실용화 사업을 통해 개발된 자기부상열차는 상전도 전자석을 이용한 부상방식을 사용하며, 110km/h의 운행속도를 가진다. 특히, 이러한 인천국제공항 도시형 자기부상철도는 중저속 선형유도 모터(Linear Induction Motor: LIM) 방식의 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이가 적용되었다.

도 1은 종래의 기술에 따른 LIM 방식의 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 중저속 LIM 방식의 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물은, 하부에서 지지하는 다수의 교각(10); 상기 교각(10)의 상부에 구비되어 연속적으로 설치되는 거더(20); 상기 거더(20)의 상부에 간격을 두고 다수 설치되는 크로스암(30); 및 상기 크로스암(30)의 상부에 설치되어 자기부상열차가 운행 가능하도록 하는 가이드레일(40)로 이루어져 있다.

상기 거더(20)의 상부에 길이방향을 따라 간격을 두고 다수 설치되는 크로스암(30)은 가이드레일(40)과 체결부재(41)를 통해 체결 및 고정된다. 이때, 상기 체결부재(41)는 볼트(또는 앵커볼트) 및 너트를 사용한다.

종래의 기술에 따른 중저속 LIM 방식의 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물은 공중에 설치되어 있기 때문에, 시간이 경과함에 따라 처짐이 발생하고, 온도에 의한 변형이 발생하게 된다.

따라서 초기 설치된 가이드레일(40)의 설치 위치가 변형되는 경우, 이를 바로잡기 위해서 그 위치를 조정해야 하는데, 종래의 가이드웨이 구조물에서 소정 길이 단위로 제공되는 가이드레일(40)은 그 하부에 구비되는 일정 규격의 크로스암(30)과 단순히 체결 및 고정되어 있기 때문에, 가이드레일(40)의 수직 및 수평방향 위치를 미세 조정하고자 하는 경우, 유압잭과 같은 장비를 동원하여 가이드레일(40)을 들어 올린 후, 가이드레일(40)과 크로스암(30)의 사이 또는 크로스암(30)의 저면에 라이너(42) 등을 조정하게 된다.

따라서 기본적으로 레일의 초기 설치시는 물론, 설치 후 사용 도중의 변형에 의해 미세 조정이 필요한 경우에도 일일이 장비를 동원하여 가이드레일(40)을 들어올린 후, 라이너(42)를 수차례 반복하여 착탈하여 조정해야 하므로, 그 작업이 매우 번거롭고, 고도의 숙련된 기술이 요구되며, 궤도 구조물의 설치에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 가이드레일(40)을 기준으로 수평방향의 변형이 발생하는 경우, 이를 적절하게 보정할 수단이 강구되지 못하여 심한 변형인 경우에는 해당 구간의 가이드레일(40) 자체를 들어내고 새로운 가이드레일(40)로 교체해야 하는 문제점도 있었다.

이러한 종래의 기술에 따른 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물은 선형유도 모터(Linear Induction Motor: LIM) 방식의 중저속형에 적용되는 가이드웨이로서, 초고속 자기부상철도 가이드웨이로 적용하기 어렵다.

한편, 최근 500km/h 이상의 속도를 갖는 초고속 자기부상열차가 개발되고 있으며, 현재 개발된 초고속 자기부상열차로는 부상방식에서 초전도 방식을 사용한 일본의 MLX와 상전도 방식을 사용한 독일의 트랜스라피드(Transrapid)가 있으며, 추진 방식으로는 위 두 방식 모두 선형동기모터(LSM)를 사용하고 있다. 예를 들면, 독일의 트랜스라피드와 같이 전자기력으로 부상되어 이동하는 시스템의 추진력은 가이드웨이를 따라 길게 고정 배치되어있는 고정자를 갖는 LSM에 의해 공급되고, 부상을 위한 자속을 발생시키는 이동 자극은 자기부상열차의 어셈블리에 설치되어 있다.

구체적으로, 자기부상 전자석은 지상측 가이드웨이 구조물 측에 설치된 선형 동기모터 고정자(Stator)와 자기부상열차의 어셈블리 측에 설치된 이동자로 구성된다. 구체적으로, 지상에 자기부상열차를 지지할 가이드웨이가 설치되며, 전체 가이드웨이를 따라 선형동기모터(LSM)의 고정자가 지면을 향해 설치된다. 이러한 고정자에 대향하여 차량에 부착된 부상 전자석이 놓이게 된다. 이러한 부상전자석에 전류를 흘려주면 부상력이 발생하는 동시에 진행방향을 따라 자속 방향이 N극과 S극이 교대로 나타나 선형동기모터(LSM)의 이동자로도 쓰이게 된다. 이때, 자기부상열차의 어셈블리의 양 측면에는 회전이나 외란 등에 의한 외부 횡력을 보상하기 위해 안내 전자석이 사용된다.

또한, 중국의 상하이 자기부상열차의 경우, 초고속 LSM 방식의 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이가 적용되었는데, 도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하여 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 초고속 LSM 방식으로 구동되는 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물의 정면 사시도 및 측면 사시도이고, 도 3은 도 2a 및 도 2b에 도시된 가이드웨이 구조물의 문제점을 구체적으로 설명하기 위한 도면으로서, 도 2a에 도면부호 A로 도시된 부분을 구체적으로 나타내는 도면이다.

도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 초고속 LSM 방식으로 구동되는 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물은, 콘크리트 거더(20), 가이드레일(60), 강재 브라켓(71), 고정자 패킷(72), 모터 코일 권선(73), 체결부재(74) 및 앵커로드(75)를 포함한다.

종래의 기술에 따른 초고속 LSM 방식으로 구동되는 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물은, 콘크리트 거더(20)에 앵커로드(75)가 매립된 상태로 제공되고, 상기 콘크리트 거더(20)의 양 측면에 강재 브라켓(71)이 체결되며, 상기 강재 브라켓(71)에 가이드레일(60)이 체결되며, 상기 가이드레일(60)의 하부에 상기 고정자 패킷(72) 및 모터 코일 권선(73)이 취부된다.

또한, 도 2b에서 도면부호 B로 도시된 바와 같이, 강재 브라켓(71)이 일정 간격으로 배치되고, 상기 가이드레일(60)이 상기 강재 브라켓(71)을 감싸도록 체결된다.

도 3은 도 2a에서 도면부호 A로 도시된 부분의 상세도로서, 종래의 기술에 따른 초고속 LSM 방식으로 구동되는 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 브라켓(71)을 콘크리트 거더(20)의 양생시 매립하게 되는데, 이에 따른 변형으로 인해서, 도면부호 C로 도시된 바와 같이, 체결부재(74)인 볼트에 의한 체결 작업이 어렵고, 가이드웨이 취부시 하부 공간이 협소하여 공구나 손으로 체결하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 가이드웨이 설치시 X축, Y축 및 Z축에 대한 길이 및 높이 단차에 대한 보정을 위한 미세 조정이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 콘크리트 거더(20)의 적용시 가이드웨이 자중에 의한 처짐 등으로 볼트 체결 작업 등의 설치 작업이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 공장에서 프리캐스트 제작되는 콘크리트 거더(20)의 콘크리트 양생시 브라켓(71)의 정확한 위치 설정과 허용공차 수용을 위한 별도의 장치가 필요하다. 즉, 거푸집의 정밀도 및 고정을 위한 장치 등이 별도로 필요하다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1023310호(출원일: 2008년 8월 28일), 발명의 명칭: "자기부상열차용 궤도 구조물에서의 가이드레일 위치 조절장치" 대한민국 등록특허번호 제10-859448호(출원일: 2007년 7월 26일), 발명의 명칭: "자기부상열차용 궤도 구조물에서의 가이드레일위치조절장치" 대한민국 등록특허번호 제10-863734호(출원일: 2007년 6월 29일), 발명의 명칭: "자기부상열차용 궤도 구조물" 대한민국 공개특허번호 제2012-124615호(공개일: 2012년 11월 14일), 발명의 명칭: "자기부상열차용 레일 및 자기부상열차용 레일 설치방법" 유럽 등록특허번호 제1428933B1호(출원일: 2002년 7월 1일), 발명의 명칭: "A Track Structure Of The RAPID Track Transit" 미국 공개특허번호 제2010-307369(공개일: 2010년 12월 9일), 발명의 명칭: "Travelway Structure For Maglev Transportation And A Method For Manufacturing Same" 미국 등록특허번호 제8,328,422호(출원일: 2009년 1월 19), 발명의 명칭: "Component For Linear Guideway And Method For Making The Same" 미국 등록특허번호 제6,960,022호(출원일: 2003년 1월 10일), 발명의 명칭: "Macrocomposite Guideway And GIB Produced Therefrom"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상부는 강재 구조물로 제작하고 하부는 콘크리트 거더로 제작하여 강재 구조물을 콘크리트 거더 위에 설치함으로써 가이드웨이 구조물의 시공성과 정밀도를 확보할 수 있는, 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 심플레이트 등으로 강재 구조물의 높이를 조정할 수 있고, 강재 구조물을 가이드레일이 결합된 상태로 공장에서 직접 제작 가공함으로써 가이드웨이 정밀도를 확보할 수 있는, 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물은, 선형동기모터(Linear Synchronous Motor: LSM) 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물에 있어서, 프리캐스트 제작되고, 가이드웨이 구조물이 설치될 교각 상부에 설치되는 콘크리트 거더; 강재(Steel)로 형성되고, 상기 콘크리트 거더 상에서 설치되는 강재 상부구조물; 상기 강재 상부구조물의 양 측면에 각각 결합되는 가이드레일(Guide-Rail); 상기 콘크리트 거더 및 강재 상부구조물 사이에 설치되어, 상기 강재 상부구조물의 수직방향 높이를 보정하는 마운팅부재(Mounting Member); 상기 가이드레일 하부에 각각 취부되는 고정자 패킷(Stator Packet); 및 상기 가이드레일 하부에서 상기 고정자 패킷의 측면에 취부되는 모터 코일 권선(Motor Coil Winding)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 강재 상부구조물의 양 측면에 상기 가이드레일이 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 강재 상부구조물은 시공성과 정밀도를 향상시키도록 공장에서 상기 가이드레일이 일체형으로 결합된 상태로 프리캐스트 제작되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 마운팅부재는, 상기 강재 상부구조물에 마운팅 볼트(Mounting Bolt)가 체결된 상태에서 제1 및 제2 심플레이트(Shim Plate)의 이동에 대응하여 상기 강재 상부구조물의 수직방향 높이를 보정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 마운팅부재는, 일단이 상기 콘크리트 거더 상에서 매립되고 타단이 수직 방향으로 돌출된 마운팅 볼트; 상기 마운팅 볼트가 상기 강재 상부구조물을 관통한 상태에서 상기 마운팅 볼트에 체결되는 마운팅 너트; 상기 강재 상부구조물의 수직방향 위치를 조절하도록 하부에 수평으로 이동가능하게 구비되는 제1 심플레이트; 상기 제1 심플레이트의 상면에 맞닿아 있으면서 상기 제1 심플레이트와 상대적으로 슬라이딩되도록 접하며, 상기 제1 심플레이트의 수평방향 이동에 대응하여 수직방향으로 이동하는 제2 심플레이트; 상기 제1 심플레이트와 제2 심플레이트를 수용하면서 지지하는 하우징; 및 상기 제1 심플레이트를 수평방향으로 이동시키도록 상기 하우징의 양 측면을 관통하여 이동가능하게 형성된 이동부재를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 심플레이트의 상부는 일측 방향으로 경사진 경사면이 형성되고, 상기 제2 심플레이트의 저면에도 일측 방향으로 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 하우징의 양 측면에는 상기 이동부재가 관통되는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물의 시공 방법은, LSM 방식으로 구동되는 초고속 자기부상열차용 흡인식 가이드웨이 구조물의 시공 방법에 있어서, a) 자기부상철도용 가이드웨이를 시공할 교각 상부에 프리캐스트 콘크리트 거더를 설치하는 단계; b) 상기 콘크리트 거더 상면에 마운팅부재를 설치하는 단계; c) 상기 마운팅부재 상에 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 설치하는 단계; d) 상기 마운팅부재를 조절하여 상기 강재 상부구조물 수직방향 높이를 보정하는 단계; e) 상기 가이드레일 하부에 고정자 패킷(Stator Packet)과 모터 코일 권선(Motor Coil Winding)을 취부하는 단계; 및 f) 자기부상열차의 진행방향을 따라 상기 a) 내지 e) 단계를 반복 수행하여 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물을 완성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 c) 단계의 강재 상부구조물의 양 측면에 상기 가이드레일이 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 b) 단계의 마운팅부재는 상기 콘크리트 거더의 프리캐스트 제작시 설치되거나 또는 현장에서 상기 콘크리트 거더의 설치 후에 상기 콘크리트 거더 상에 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 d) 단계의 마운팅부재는 상기 강재 상부구조물에 마운팅 볼트(Mounting Bolt)가 체결된 상태에서 제1 및 제2 심플레이트(Shim Plate)의 이동에 대응하여 상기 강재 상부구조물의 수직방향 높이를 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상부는 강재 구조물로 제작하고 하부는 콘크리트 거더로 제작하여 강재 구조물을 콘크리트 거더 위에 설치함으로써 시공성과 정밀도를 확보할 수 있고, 이에 따라 선형동기모터(Linear Synchronous Motor: LSM) 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차에 용이하게 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 심플레이트 등으로 강재 구조물의 높이를 미세 조정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 강재 구조물은 가이드레일이 결합된 상태로 공장에서 직접 제작 가공함으로써 가이드웨이 정밀도를 확보할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 중저속 LIM 방식의 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물을 예시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 초고속 LSM 방식으로 구동되는 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물의 정면 사시도 및 측면 사시도이다.
도 3은 도 2a 및 도 2b에 도시된 가이드웨이 구조물의 문제점을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 마운팅부재의 수직방향 높이 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물이 자기부상열차 어셈블리에 결합된 것을 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물이 자기부상열차 어셈블리에 결합된 것을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물의 시공 방법을 나타내는 동작흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물(100)은, 선형동기모터(Linear Synchronous Motor: LSM) 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물로서, 콘크리트 거더(110), 강재 상부구조물(120), 가이드레일(130a, 130b), 마운팅부재(140a, 140b), 고정자 패킷(Stator Packet)(150a, 150b) 및 모터 코일 권선(Motor Coil Winding)(160a, 160b)을 포함한다.

콘크리트 거더(110)는 프리캐스트 제작되고, 가이드웨이 구조물이 설치될 교각 상부에 설치된다.

강재 상부구조물(120)은 강재(Steel)로 형성되고, 상기 콘크리트 거더 상에서 설치된다. 여기서, 상기 강재 상부구조물(120)은 시공성과 정밀도를 향상시키도록 공장에서 상기 가이드레일(130a, 130b)이 일체형으로 결합된 상태로 프리캐스트 제작된다.

가이드레일(130a, 130b)은 상기 강재 상부구조물(120)의 양 측면에 각각 결합된다. 즉, 상기 강재 상부구조물(120)의 양 측면에 상기 가이드레일(130a, 130b)이 일체형으로 결합된다.

마운팅부재(140a, 140b)는, 도면부호 D로 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 거더(110) 및 강재 상부구조물(120) 사이에 설치되어, 상기 강재 상부구조물(120)의 수직방향 높이를 보정한다. 즉, 상기 마운팅부재(140a, 140b)는 상기 강재 상부구조물의 수직방향 높이를 보정하기 위해 마운팅 볼트(Mounting Bolt) 또는 심플레이트(Shim Plate)가 적용될 수 있다. 상기 마운팅부재(140a, 140b)에 대한 구체적인 동작은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.

고정자 패킷(150a, 150b)은 상기 가이드레일 하부에 각각 취부되고, 모터 코일 권선(160a, 160b)은 상기 가이드레일 하부에서 상기 고정자 패킷의 측면에 취부된다.

본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물(100)은, 선형동기모터(Linear Synchronous Motor: LSM) 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물로서, 그 상부는 강재 구조물로 제작하고 하부는 콘크리트 거더로 제작하여 강재 구조물을 콘크리트 거더 위에 설치함으로써 시공성과 정밀도를 확보할 수 있다. 이에 따라 선형동기모터(Linear Synchronous Motor: LSM) 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차에 용이하게 적용할 수 있다.

한편, 도 5는 도 4에 도시된 마운팅부재의 수직방향 높이 보정을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5의 a)는 마운팅부재의 결합단면도이고, 도 5의 b)는 도 5의 a) 상태에서 일측으로 제1 심플레이트가 이동된 모습을 도시한 결합단면도이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 마운팅부재(140)는, 마운팅 볼트(141), 마운팅 너트(142), 제1 심플레이트(143), 제2 심플레이트(144), 하우징(145) 및 이동부재(146)를 포함하며, 상기 강재 상부구조물(120)에 마운팅 볼트(141)가 체결된 상태에서 제1 및 제2 심플레이트(143, 144)의 이동에 대응하여 상기 강재 상부구조물(120)의 수직방향 높이를 보정하게 된다.

마운팅 볼트(141)는 일단이 상기 콘크리트 거더(110) 상에서 매립되고 타단이 수직 방향으로 돌출되도록 형성된다.

마운팅 너트(142)는 상기 마운팅 볼트(141)가 상기 강재 상부구조물(120)을 관통한 상태에서 상기 마운팅 볼트(141)에 체결된다. 이때, 상기 마운팅 너트(142)는 제1 심플레이트(143)의 이동시 느슨하게 풀고, 상기 강재 상부구조물(120)의 높이가 보정되면 다시 조이게 된다.

제1 심플레이트(143)는 상기 강재 상부구조물(120)의 수직방향 위치가 조절 가능하도록 하부에 이동가능하게 구비된다.

제2 심플레이트(144)는 상기 제1 심플레이트(143)의 상면에 맞닿아 있으면서 제1 심플레이트(143)와 상대적으로 슬라이딩되도록 접하게 된다. 이때, 상기 제1 심플레이트(143)의 상부는 일측 방향으로 경사진 경사면이 형성되고, 상기 제2 심플레이트(144)의 저면에도 일측 방향으로 경사진 경사면이 형성된다.

하우징(145)은 상기 제1 심플레이트(143)와 제2 심플레이트(144)를 수용하면서 지지하게 된다. 이때, 상기 하우징(145)의 양 측면에는 이동부재(146)가 관통되는 관통공이 형성되어 있다.

이동부재(146)는 상기 제1 심플레이트(143)를 이동시키도록 상기 하우징(145)의 양 측면을 관통하여 이동가능하게 형성된다.

보다 구체적으로, 도 5b를 참조하면, 상기 하우징(145)의 양 측면에 구비된 이동부재(146)중 어느 하나를 밀어서(이때, 미는 동작은 회전 또는 회전 없이 할 수 있음) 제1 심플레이트(143)를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 심플레이트(143)의 상부면은 일측 방향으로 경사진 경사면이 형성되어 있고, 이 경사면에 대응되게 접하도록 제2 심플레이트(144)의 저면에도 경사면이 형성되어 있어 상기 제1 심플레이트(143)의 이동에 따라 상기 강재 상부구조물(120)의 높이가 달라진다. 예를 들면, 도 5의 a)에서 상기 강재 상부구조물(120)의 높이는 d1이지만, 도 5의 a)에서 상기 제1 심플레이트(143)의 이동에 따라 상기 강재 상부구조물(120)의 높이는 d2로 낮아지게 된다.

또한, 상기 제1 심플레이트(143)의 이동시에는, 상기 제1 심플레이트(143)에 마운팅 볼트(141)를 구성하는 각 앵커볼트가 관통되는 장공이 형성되어 있어, 상기 제1 심플레이트(143)가 상기 이동부재(146)의 미는 힘에 의해 원활하게 이동할 수 있다. 다시 말하면, 이동된 제1 심플레이트(143)에 의해 높이가 달라지므로, 그에 비례하여 강재 상부 구조물(120)의 수직 높이가 변경되어 미세 조절이 가능하게 된다.

또한, 상기 제1 심플레이트(143)의 이동시에는, 하우징(145)의 내부에서 이동하므로, 보다 안정된 상태에서 직선 이동이 가능하다. 또한, 상기 이동부재(146)는 하우징(145)의 양 측면에 구비되어 있어 한 쪽 이동부재(146)를 밀면, 상기 제1 심플레이트(143)가 밀리면서 반대편에 구비된 이동부재(146)는 외부로 더 돌출된다. 또한, 반대 방향으로의 동작시에도 마찬가지이다. 즉, 상기 하우징(145)의 양 측면에 구비된 이동부재(146)는 제1 심플레이트(143)를 매개로 하여 어느 한 쪽에서 밀면 반대편에서는 밀리는 관계로 삽입되어 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물(100)은, 제1 및 제2 심플레이트(143, 144) 등으로 강재 상부구조물(120)의 높이를 조정할 수 있으며, 이때, 강재 상부구조물(120)은 가이드레일(140a, 140b)이 결합된 상태로 공장에서 직접 제작 가공함으로써 가이드웨이 정밀도를 확보할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물이 자기부상열차 어셈블리에 결합된 것을 나타내는 정면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물이 자기부상열차 어셈블리에 결합된 것을 나타내는 평면도이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물은 자기부상열차의 어셈블리(200)와 결합하게 되며, 이때, 전술한 바와 같이, 선형동기모터(LSM) 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물(100)로서, 그 상부는 강재 상부구조물(120)로 제작하고, 하부는 콘크리트 거더(110)로 프리캐스트 제작한 후, 강재 상부구조물(120)을 콘크리트 거더(110) 위에 설치함으로써 시공성과 정밀도를 확보할 수 있다. 또한, 심플레이트 등을 구비한 마운팅부재(140)에 의해 강재 상부구조물(120)의 높이를 조정할 수 있으며, 강재 상부구조물(120)은 가이드레일(130)이 결합된 상태로 공장에서 직접 제작 가공함으로써 가이드웨이 구조물의 정밀도를 확보할 수 있게 된다.

한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물의 시공 방법을 나타내는 동작흐름도이다.

전술한 도 4 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물의 시공 방법은, LSM 방식으로 구동되는 초고속 자기부상열차용 흡인식 가이드웨이 구조물의 시공 방법으로서, 먼저, 자기부상철도용 가이드웨이를 시공할 교각 상부에 프리캐스트 콘크리트 거더(110)를 설치한다(S110).

다음으로, 상기 콘크리트 거더(100)의 상면에 마운팅부재(140a, 140b)를 설치한다(S120). 이때, 상기 마운팅부재(140a, 140b)는 상기 콘크리트 거더(110)의 프리캐스트 제작시 설치되거나 또는 현장에서 상기 콘크리트 거더(110)의 설치 후에 상기 콘크리트 거더(110) 상에 설치될 수 있다.

다음으로, 상기 마운팅부재(140a, 140b) 상에 가이드레일 일체형 강재 상부구조물(120)을 설치한다(S130). 여기서, 상기 강재 상부구조물(120)의 양 측면에 상기 가이드레일(130a, 130b)이 일체형으로 결합되며, 구체적으로, 상기 강재 상부구조물(120)은 시공성과 정밀도를 향상시키도록 공장에서 상기 가이드레일(130a, 130b)이 일체형으로 결합된 상태로 프리캐스트 제작된다.

다음으로, 상기 마운팅부재(140a, 140b)를 조절하여 상기 강재 상부구조물(120)의 수직방향 높이를 보정한다(S140). 이때, 도 5에서 전술한 바와 같이, 상기 마운팅부재(140a, 140b)는 상기 강재 상부구조물(120)에 마운팅 볼트(141)가 체결된 상태에서 제1 및 제2 심플레이트(143, 144)의 이동에 대응하여 상기 강재 상부구조물(120)의 수직방향 높이를 보정하게 된다.

다음으로, 상기 가이드레일(130a, 130b) 하부에 각각 고정자 패킷(150a, 150b)과 모터 코일 권선(160a, 160b)을 취부한다(S150).

다음으로, 자기부상열차의 진행방향을 따라 상기 S110 내지 S150 단계를 반복 수행하여 가이드레일 일체형 강재 상부구조물(120)을 구비한 가이드웨이 구조물을 완성한다(S160).

본 발명의 실시예에 따른 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물이 LSM 방식의 초고속 자기부상열차에 적용할 수 있는 것으로 설명되었지만, LIM 방식의 중저속 자기부상열차에도 적용할 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물
110: 콘크리트 거더(Concrete Girder)
120: 강재 상부구조물
130, 130a, 130b: 가이드레일
140, 140a, 140b: 마운팅부재(Mounting Member)
141: 마운팅 볼트
142: 마운팅 너트
143: 제1 심플레이트(Shim Plate)
144: 제2 심플레이트
145: 하우징(Housing)
146: 이동부재
150, 150a, 150b: 고정자 패킷(Stator Packet)
160, 160a, 160b: 모터 코일 권선(Motor Coil Winding)
200: 자기부상열차 어셈블리

Claims

선형동기모터(Linear Synchronous Motor: LSM) 방식으로 구동되는 초고속 흡인식 자기부상열차용 가이드웨이 구조물에 있어서,
프리캐스트 제작되고, 가이드웨이 구조물이 설치될 교각 상부에 설치되는 콘크리트 거더;
강재(Steel)로 형성되고, 상기 콘크리트 거더 상에서 설치되는 강재 상부구조물;
상기 강재 상부구조물의 양 측면에 각각 결합되는 가이드레일(Guide-Rail);
상기 콘크리트 거더 및 강재 상부구조물 사이에 설치되어, 상기 강재 상부구조물의 수직방향 높이를 보정하는 마운팅부재(Mounting Member);
상기 가이드레일 하부에 각각 취부되는 고정자 패킷(Stator Packet); 및
상기 가이드레일 하부에서 상기 고정자 패킷의 측면에 취부되는 모터 코일 권선(Motor Coil Winding)
을 포함하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물.
제1항에 있어서,
상기 강재 상부구조물의 양 측면에 상기 가이드레일이 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물.
제2항에 있어서,
상기 강재 상부구조물은 시공성과 정밀도를 향상시키도록 공장에서 상기 가이드레일이 일체형으로 결합된 상태로 프리캐스트 제작되는 것을 특징으로 하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물.
제1항에 있어서,
상기 마운팅부재는, 상기 강재 상부구조물에 마운팅 볼트(Mounting Bolt)가 체결된 상태에서 제1 및 제2 심플레이트(Shim Plate)의 이동에 대응하여 상기 강재 상부구조물의 수직방향 높이를 보정하는 것을 특징으로 하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물.
제4항에 있어서, 상기 마운팅부재는,
일단이 상기 콘크리트 거더 상에서 매립되고 타단이 수직 방향으로 돌출된 마운팅 볼트;
상기 마운팅 볼트가 상기 강재 상부구조물을 관통한 상태에서 상기 마운팅 볼트에 체결되는 마운팅 너트;
상기 강재 상부구조물의 수직방향 위치를 조절하도록 하부에 수평으로 이동가능하게 구비되는 제1 심플레이트;
상기 제1 심플레이트의 상면에 맞닿아 있으면서 상기 제1 심플레이트와 상대적으로 슬라이딩되도록 접하며, 상기 제1 심플레이트의 수평방향 이동에 대응하여 수직방향으로 이동하는 제2 심플레이트;
상기 제1 심플레이트와 제2 심플레이트를 수용하면서 지지하는 하우징; 및
상기 제1 심플레이트를 수평방향으로 이동시키도록 상기 하우징의 양 측면을 관통하여 이동가능하게 형성된 이동부재
를 포함하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물.
제5항에 있어서,
상기 제1 심플레이트의 상부는 일측 방향으로 경사진 경사면이 형성되고, 상기 제2 심플레이트의 저면에도 일측 방향으로 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물.
제5항에 있어서,
상기 하우징의 양 측면에는 상기 이동부재가 관통되는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물.
LSM 방식으로 구동되는 초고속 자기부상열차용 흡인식 가이드웨이 구조물의 시공 방법에 있어서,
a) 자기부상철도용 가이드웨이를 시공할 교각 상부에 프리캐스트 콘크리트 거더를 설치하는 단계;
b) 상기 콘크리트 거더 상면에 마운팅부재를 설치하는 단계;
c) 상기 마운팅부재 상에 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 설치하는 단계;
d) 상기 마운팅부재를 조절하여 상기 강재 상부구조물 수직방향 높이를 보정하는 단계;
e) 상기 가이드레일 하부에 고정자 패킷(Stator Packet)과 모터 코일 권선(Motor Coil Winding)을 취부하는 단계; 및
f) 자기부상열차의 진행방향을 따라 상기 a) 내지 e) 단계를 반복 수행하여 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물을 완성하는 단계
를 포함하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물의 시공 방법.
제8항에 있어서,
상기 c) 단계의 강재 상부구조물의 양 측면에 상기 가이드레일이 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물의 시공 방법.
제9항에 있어서,
상기 강재 상부구조물은 시공성과 정밀도를 향상시키도록 공장에서 상기 가이드레일이 일체형으로 결합된 상태로 프리캐스트 제작되는 것을 특징으로 하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물의 시공 방법.
제8항에 있어서,
상기 b) 단계의 마운팅부재는 상기 콘크리트 거더의 프리캐스트 제작시 설치되거나 또는 현장에서 상기 콘크리트 거더의 설치 후에 상기 콘크리트 거더 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물의 시공 방법.
제8항에 있어서,
상기 d) 단계의 상기 마운팅부재는, 상기 강재 상부구조물에 마운팅 볼트(Mounting Bolt)가 체결된 상태에서 제1 및 제2 심플레이트(Shim Plate)의 이동에 대응하여 상기 강재 상부구조물의 수직방향 높이를 보정하는 것을 특징으로 하는 가이드레일 일체형 강재 상부구조물을 구비한 가이드웨이 구조물의 시공 방법.