KR20160080630A - 줄을 활용한 prt차량과 에너지 공급방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 효율을 극대화하면서 편리하고 안전한 PRT(Personal Rapid Transit)차량의 에너지 전달방법과 궤도상에서 PRT차량을 자동운행이 가능하고, 일반도로에서 수동운전이 가능한 PRT차량과 에너지공급방법에 관한 것이다.
본 발명의 주요 해결과제는 복잡한 대도시의 교통혼잡을 개선하는 것이다.
최근의 세계 주요도시는 도심이 고밀도화되어 가면서, 단위면적당 거주 혹은 상주 인원이 기하급수적으로 상승하고, 그와 함께 교통량도 급증하고 있다. 이로 인해서 교통통행 속도는 현저하게 낮아지면서, 교통혼잡은 심각한 상태가 되었다. 즉 심각한 대기오염, 에너지낭비, 시간낭비 등 복잡한 교통문제를 발생하고 있다.
이러한 교통혼잡 문제를 해소하기 위한 방안으로 네가지 관점에서 신교통인프라를 구축하고자 한다. 첫 번째는 교통통행을 최대화하기 위해서, 새로운 교통 통행로를 최소의 비용으로 확보하여야 한다. 즉 표준화된 경량의 궤도를 설치하여 구축비용 절감 및 궤도상의 PRT차량 제어를 위한 제어기능을 최소화하여 유지보수 비용을 절감 할 수 있는 통행로(궤도)를 확보한다. 두 번째는 CO2 환경문제를 개선하기 위해서 에너지 효율 좋고 비용이 저렴한 전기에너지를 활용하여야 한다. 세 번째는 개별적인 차량운행서비스가 가능한 교통서비스를 제공한다. 즉 편리한 개인교통 수단을 제공한다. 네번째는 에너지 활용 효율이 좋은 이동에너지 공급 인프라를 구축한다. 즉 장거리통행을 위한 이동에너지는 궤도상에 설치한 구동원으로부터 얻고, 외부구동원에서 이동에너지를 얻을 수 없는 환경에서는 PRT차량 내부의 배터리의 전원을 이용해서 PRT차량운행을 한다. PRT차량은 주행상태에서 내부의 배터리의 충전을 운행궤도에 설치된 구동원에서 제공하는 이동에너지를 변환하여, 차량내부의 배터리에 충전한다. 충전된 전원은 차량이동 및 히터/에어컨/컴퓨터등의 전원으로 활용할 수 있다.
상기와 같은 관점에서 본 발명을 구현하기 위한 기본 개념은 다음과 같다.
첫 번째는 PRT차량의 무게를 최소화와 경량화된 운행궤도 그리고 운행궤도가 해발기준으로 동일한 높이를 유지할 수 있는 구조의 궤도를 설치하도록 하였다.
두 번째는 차량의 무게를 줄이는 데 초점을 맞췄다. 전동차 1량의 무게는 24.5t∼35.2t , 경량전철 1량의 무게는 12톤에 달한다. 이런 무거운 전철보다는 승객을 탑승할 차량을 1인용, 2인용, 4인용, 6인용(특수목적:엠브란스,화물,소방,경찰용등)등으로 PRT차량을 제작하여 차량무게를 최소화하였다. 또한 PRT차량에 장착된 배터리는 용량(50Km주행 가능)을 최소화하여, 차량의 제작비용과 무게를 최소화 하였다. 이렇게 차량무게를 최소화하면 궤도의 구조물도 경량화할 수 있음으로 설치비도 적게 소요된다.
세 번째는 PRT차량 이동을 위해서 운행궤도상에 구동원을 설치하고, 구동원에서 발생된 회전에너지를 이용하여, 줄을 일정한 구간(250M, 500M, 1000M등)을 순환할 수 있는 에너지 전달시스템을 구축하였다. PRT차량이 이동하는 줄과 연결되면, 이동할 수 있는 운동 에너지를 PTR차량이 직접 획득하여 주행하다.
네 번째는 PRT차량이 출발하면, 일정한 속도로 정차 없이, 목적지에 도달할 수 있도록 하여, 에너지의 낭비를 최소화할 수 있도록 PRT운행관제시스템을 구축한다.
다섯 번째는 주행중인 PRT차량은 외부 설치된 구동원으로부터 얻을 수 있는 운동에너지를 변환하여, PRT차량의 내부배터리를 충전할 수 있도록 한다. 이렇게 충전된 배터리는 구동원이 설치되어 있지 않은 궤도에서 PRT차량을 운행하거나, 정거장 내부와 일반도로에서 운행하는 경우에 사용한다.

본 발명의 기대효과는
1) 전기자동차는 배터리 용량의 한계로 장거리이동의 한계와 충전시간으로 인한 불편사항 그리고 고가의 차량으로 인해, 전기자동차 확대가 지연되고 있는 상황에서, 줄을 이용한 본 발명은 전기자동차 운행시 충전인프라를 제공할 수 있다. 즉 장거리 운행은 궤도에서 제공하는 에너지를 이용하여 이동하고, 근거리 운행은 주행중에 충전된 배터리의 전원을 이용하여, 목적지까지 운행할 수 있는 전기자동차 충전 인프라로 활용하여, 전기자동차의 불편사항을 극복할 수 있음.
2) 궤도와 도로에서 주행할 수 있는 편리한 교통수단(One Stop 교통서비스)제공으로 복잡한 도심의 교통혼잡 개선으로 혼잡통행비용 대폭적으로 절감.
3) 최소의 투자와 운영비용으로 유지되는 저비용 PRT운행시스템 운영가능.
4) 경량의 궤도를 건물과 건물 사이로 설치가 가능함으로써, 협소한 도로로 인한 발전이 안 된 동네에 편리한 교통수단 제공으로 도시의 슬럼화 방지 및 균형적인 도시발전을 할 수 있음.
5) 효율적인 에너지 활용을 통한 CO2배기가스 감소와 대기오염 환경개선
6) 개별적인 교통수단 제공에 따른 대중교통의 취약한 전염병(에볼라바이러스,감기 등)과 같은 공중위생과 테러발생시 피해최소화
이상이 기대되는 효과이다.
본 발명의 주요서비스는 출발지부터 목적지까지 정차 없이 교통서비스를 제공하고자 함이다. 주행궤도에서는 무인자동 및 PRT차량 배터리 충전, 일반도로에서는 이렇게 충전된 배터리 전원을 이용하여 수동운전이 가능한 PRT(Personal Rapid Transit)교통서비스 제공한다.

Description

줄을 활용한 PRT차량과 에너지 공급방법 { PRT vehicles and energy supply method using the rope }

현대 정보화시대는 경제/사회 및 산업 전반에서 물적/인적 수송의 고속화가 요구되며, 더불어 교통시스템에도 더 안전한 서비스와 이용자의 접근 편리성이 요구된다. 도시화의 발전 속도가 가속화됨에 따라 교통체증으로 발생하는 교통혼잡은 경제 활동에 치명적인 영향을 미치고 있으며, 국내외 주요 도시의 경우, 현재의 교통 인프라 공급 추세로는 급증하는 수요를 감당하기 어려운 상황에 달하였다.

우리나라에서 교통혼잡을 일으키는 주요 원인은 자동차의 급격한 증가이다. 차량은 하루가 다르게 기하급수적으로 늘어나 ’97년에 이미 1,000만 대를 돌파하여 2000년대에는 가구당 1대를 넘는 1,400만 대였으며, 2014년 현재 2,000만대에 육박한다. 이제 도심지역은 어디를 가나 밀려드는 차량으로 교통이 항상 정체되어 이에 따른 국내 경제적 손실이 연간 33조 4,000억 원으로 추정되고 있어 교통문제의 해결이 시급한 과제로 대두하고 있다. 더 큰 문제는 도로 차량정체로 인한 대기 환경오염이다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 대중교통수단의 확충과 다양한 승객 요구에 따라 그 선택의 폭을 넓혀야 개인 교통수단의 대체수단으로서 그 역할을 할 수 있으나, 현실적으로 대중교통수단의 선택의 폭은 극히 제한적이며, 그 결과 대중교통수단은 주로 자가용 등의 선택의 여지가 없는 계층에 의하여 이용되고 있고, 자가용 이용계층의 대중교통수단으로 전환은 실효를 기대하기 어려운 상황이다.

다양한 대중교통 수단의 제공과 교통서비스 향상만이 이용자 선택의 폭을 넓게 하여, 자동차이용의 감소를 가능하게 할 것이므로 이에 부응한 교통시스템에 대한 개선이 필요하다.

도심지에서의 자가용 이용을 대체하기 위해서는 네트워크 구조의 노선 형태로 이용자들의 접근성을 강화하면서 출발지에서 목적지까지 논스톱 운행으로 소비자의 요구에 부응할 수 있는 철도 시스템의 개발이 절실히 필요한데, 이는 이미 개발되어 운영되고 있는 현재의 도시철도 시스템으로서는 해결하기 어려운 부분이다.

이러한 관점에서 초기 건설비 및 운영유지비 과다하게 소비되는 기존 지하철의 문제점을 해결하면서 다양한 서비스 기능으로 자동차 이용을 대체할 수 있는 미래형 신 교통수단으로 소형궤도시스템의 기술 개발이 요구되는 시점이다.

더불어 대중교통의 문제점은 에볼라, 감기와 같은 전염병에 대한 대책이 없고, 대중교통에 대한 테러와 사고발생시 대규모의 인명피해가 예상된다. 이를 위한 방지 대책도 꼭 필요한 시대가 되었다.

상기와 같은 이유로 전 세계적으로 소형, 경량화, 환경 친화적 미래형 교통 시스템이 기술개발의 추세에 있으며 미국, 유럽의 선진 각 국에서는 소형궤도차량의 필요성을 인식하고, 개발에 적극 투자하고 있다.

본 발명은 이러한 요구사항과 필요성을 인식하고, 에너지 효율이 높으면서, 편리하고 안전한 PRT차량과 에너지공급방법에 관한 것이다.

본 발명분야와 관련된 PRT(Personal Rapid Transit)는 2~6인이 승차할 수 있는 소형차량이 별도의 독자적인 궤도를 통하여 목적지까지 정차하지 않고 운행하는 새로운 도시교통 수단의 일종인 신 교통시스템 중에 하나이다.

PRT는 1960년대 후반부터 연구가 진행되었으나, 그동안 대중교통 시스템은 간선과 지선위주로 건설되어 Door-to-Door개념인 PRT는 큰 주목을 받지 못하였다.

그러나 21세기로 접어들면서 간선과 지선위주의 대중교통시스템은 높은 건설비용과 규모의 한계에 도달해 PRT가 새로운 대안 시스템으로 부상하고 있다.

1988년 미국 ATA(Advanced Transit Association)는 PRT 시스템이 갖추어야 할 조건들을 다음과 같이 표준화하면서 PRT시스템을 정의했다.

1) 운전자 없이 전자동으로 운행될 수 있는 차량

2) 제한된 궤도(가이드웨이:Guideway) 내에서만 운행되는 차량

3) 1~6명 정원의 소규모 차량으로 24시간 이용가능하며 승객의 선택에 따라 혼자 또는 그룹으로 이용할 수 있음

4) 궤도(가이드웨이)는 다른 시스템보다 작고, 고가·지상·지하에 건설할 수 있음

5) 차량은 PRT 노선네트워크에 연결된 모든 궤도(가이드웨이)와 정류장을 이용할 수 있음

5) 출발지~도착지까지 갈아타거나 정차할 필요없이 논스톱으로 운행

6) 고정된 스케줄이 아닌 승객 요구에 따라 차량을 운행함

본 발명의 PRT시스템은 Dual Mode시스템을 지향하는 시스템으로 상기의 PRT정의와 다른 점은 PRT차량은 궤도상에서는 자동으로 운전하고, 궤도가 아닌 일반도로에서는 수동으로 운전할 수 있다는 점이다.

본 발명과 유사한 운행시스템은 Dual-mode Bus 시스템으로 주어진 궤도에서는 자동으로 PRT 시스템으로 운행되며, 일반 도로나 거리에서는 수동운행이 가능한 시스템이다.

Dual-mode의 PRT차량 즉 궤도와 도로를 주행할 수 있는 PTR차량의 장점은 배터리로 움직이는 전기자동차는 1회 충전 후 이동거리가 한정되어 있으나, Dual-mode의 PRT차량은 장거리는 궤도에서 제공되는 운동에너지를 이용하여 이동하고, 근거리는 배터리를 전원으로 도로 운행하여 목적지에 도착할 수 있음으로 Door-To-Door 교통서비스가 가능하다. 본 발명은 운행궤도상에서 주행중에 배터리를 충전하거나, 대기 중에 충전하고, 이렇게 충전된 배터리의 전기를 이용하여 일반도로에서 PRT차량을 운행한다.

PRT는 초기 건설비용 및 운영비용이 최소화되도록, 그린에너지를 사용하는 무공해 시스템으로 건설부터 운영단계까지 환경을 생각하는 친환경 시스템이다. 또한 운행 중인 도시철도 및 경전철처럼 서비스 제공자 중심이 아니라, 고객의 수요와 목적에 맞게 능동적으로 운행되는 “On-demand" 시스템으로 ”Door -to-door"를 목적으로 진화하고 있다.

PRT는 21세기 교통시스템의 혁명이며 친환경 녹색성장을 위한 새로운 대안인 새로운 교통시스템이다. 본 발명은 이러한 PRT차량이 효율적인 에너지를 활용하면서, 운행할 수 있는 PRT차량과 에너지공급방법에 관한 발명이다.

궤도와 관련된 최근의 신 교통시스템의 분류는 다음 도표와 같이 분류된다.

○ AGT(Automated Guideway Transit)

경량전철(Light Rail Transit)은 버스와 지하철의 중간 정도의 수송능력이 있다. 지하철보다는 크기가 작고 중량이 가볍다는 의미에서 경량전철로 부른다. 경량전철은 노면 또는 고가구조에 건설할 수 있어 지하철보다 건설비가 저렴하고 무인운전 등 첨단기술을 채택하고 있어 운영유지비가 적게 든다.

AGT(Automated Guideway Transit)는 경량전철의 한 종류로 고가 등의 전용궤도를 고무타이어나 철제차륜을 가진 차량이 안내 레일(guideway)을 따라 무인으로 운영하는 철도시스템을 말한다. 크게 차륜 형식에 따라 고무차륜과 철제차륜으로 구분하는데, 고무차륜 AGT는 일반 승용차와 유사한 고무타이어로 이루어졌다.

철제차륜AGT는 가이드웨이에 철제차륜이 운영되는 시스템으로 차륜과 레일간의 소음 저감을 위해 고무 패트 층이 내적 된 철제탄성차륜을 적용하여 운영하고 있다.

○ 신형 노면전차(트램; tram)

노면전차는 지하철과 버스의 중간 영역을 담당할 수 있는 교통수단으로서 경전철(Light Rail Transit)의 일종이라고 본다. 그러나 이는 노면전차가 궤도를 이용하는 수단이라는 운행방식에 따른 것일 뿐 노면전차를 이용하는 승객의 입장에서는 고가(高架)위를 달리는 다른 경전철과는 전혀 다른 교통수단이다. 왜냐하면 노면전차는 원칙적으로 도로 위를 주행하기 때문에 보행자, 자동차 운전자 등 다른 교통 참여자와 함께 도로라는 공간을 분할하여 사용하기도 하고 공유하기도 하여야 하는 교통수단이기 때문이다

○ 자기부상열차

자석의 반발을 이용한 열차. 자석이 다른극을 만나면 붙고 같은 극끼리 만나면 떨어지려는 이런 성질을 이용하여 철로에서 떠서 고속으로 달리는 기술로, 철로와 바퀴 사이의 마찰력이 없어져 기존 바퀴식 열차에 비해 비교적 고속을 낼 수가 있다는 장점을 가지고 있다

자기부상열차의 종류가 몇 가지로 나뉘는데, 띄우는 방법에 따라 크게 상전도흡인식, 초전도반발식, 인덕트랙식으로 나뉘고, 주행방법에 따라서는 동기전동기식과 유도전동기식으로 나뉜다. 저 중에 어떤 걸 선택하느냐에 따라 컨셉이 완전히 달라지는데, 흔히 생각하는 빠른 자기부상열차는 보통 초전도반발식+동기전동기방식이다. 인덕트랙식은 비교적 최근(1995년)에 개발되어 아직 실용화된 노선은 없으나, SF영화 마이너리티 리포트의 자기부상트랙이 설정상 이 방식을 따르는 것으로 알려져 있다.

○ 모노레일

- 하나의 고가 궤도빔(track beam, track girder: PC beam, steel beam) 위를 고무타이어 또는 철제하륜에 의해 주행하는 철도를 모노레일(minorail) 이라 부르며, 최근 철도와 버스의 중간 교통기관으로서 도시근교에 채용

- 차량의 지지방식에 따라 과좌식(걸터 앉는 식, straddled type) 과 현수식(매달리는 식, suspended type) 이 있다.

○ 궤도승용차(PRT)시스템

- PRT(Personal Rapid Transit)란 2~6인이 승차할 수 있는 소형차량이 궤도(Guideway)를 통하여 목적지까지 정차하지 않고 운행하는 새로운 도시교통수단으로서 일종의 궤도승용차이다.

○ BRT(Bus Rapid Transit)

- 간선급행버스체계(bus rapid transit, 幹線急行버스體系)혹은　BRT는 버스전용차로, 편리한 환승시설, 교차로에서의 버스 우선통행 및 그 밖의 법령이 정하는 사항을 갖추어 급행으로 버스를 운행하는 대중교통 체계를 말한다. 이것은 버스운행에 철도시스템의 개념을 접목하여 버스의 속도 및 서비스 수준을 도시 철도수준으로 끌어올릴 수 있게 한다.

- 듀얼모드 버스(dual-mode bus system) 는 버스와 철도의 중간적 성질을 가진 교통기관으로서 통상의 버스 차체에 안내차륜을 설치하여 일반도로에서는 버스로서 주행하고 전용궤도에서는 안내 레일식 철도로서 주행한다.

- 가이드웨이 버스, 가이드버스, 듀얼버스 등으로도 부르며, 전용궤도내에서는 무인 주행도 고려되고 있다.

이상에 기술된 내용은 현존하는 신 교통시스템을 기술하였다.

상기와 같은 신 교통시스템과 관련된 특허출원 및 등록내용에 대한 선출원 검토는 다음과 같다.

등록/출원번호	특허권자	출원명	출원내용
10-0799701	황무영	모노레일 운행 시스템	도심지, 관광지 등을 왕복하면서 승객을 운송하는 모노레일운행시스템
20-0371751	황무영	풍력을 이용한 레일카트	기차 레일위에서 인력에 의하여 이동가능한 레일이동레일카트(이하 레일카트라고 함)에 관한 것이다인력페달과 함께 항시 발생하는 풍력을 프레임위에 설치된 세일과 적절한 조절 장치로 풍력을 전진동력으로 함께 이용한 풍력을 이용한 레일카트
10-2012-0026305	한국철도기술연구원	궤도차량 레일 추진장치 및 추진시스템	대용량 지상선로에 형성되는 자속과 자속을 쇄교하는 전류를 이용하여 전동차를 추진하기 위한 궤도차량 레일 추진장치 및 추진시스템
10-2012-0049429	김윤태	태양전지판이 구비된 철도궤도	철도차량의 주행 목적으로만 활용되던 양측레일 사이의 공간에 태양전지판이 부가적으로 설치됨에 따라 양측레일 사이의 폐공간이 친환경적 발전공간으로 활용될 수 있도록 한 태양전지판이 구비된 철도궤도
10-1297073	한국철도기술연구원	수요응답형 순환교통 시스템용 차량	전, 후 양방향 주행이 가능함은 물론 필요에 따라 전, 후방의 조향을 동일하게 구동할 수 있도록 되어 주정차 및 승강장의 진출입이 선회주행이 아닌 직선주행이 이루어지도록 하여 좁은 공간에서도 간편하게 할 수 있어, 공간적 활용을 높일 수 있도록 된 수요응답형 순환교통 시스템용 차량을 제공
10-2009-0122848	주식회사 포스코	자동운전차량시스템에서의 차량의 군집주행방법	자동운전차량시스템, 특히 소위 개인고속대중교통시스템(Personal Rapid Transist System; 이하 "PRT시스템" 이라고 한다)의 궤도용량(track capacity)을 키우는 기술
10-2013-0034139	한국모노레일주식회사	회전형 모노레일 운행장치	본 발명은 모노레일 운행중에 승객이 탑승한 탑승부 자체를 360도 회전가능한 운행장치를 제공하고자 한다.

검토 결과 본 발명과 유사한 특허 출원내용은 국내외에서 검색하지 못하였다.

본 발명의 차별화된 내용은 차량이 이동하는 궤도에 일정한 구간마다 구동원를 설치하여, 구동원에 연결된 줄을 끌어 당기면, 줄이 순환하면서 이동하게 한다. 이 렇게 이동하는 줄과 접속한 PRT차량은 줄과 함께 궤도를 주행한다. 또한 주행하는 PRT차량은 바퀴와 연결된 모터의 회생제동 또는 발전제동 방법으로 운동에너지를 전기에너지로 변환하게 하여, PRT차량에 장착된 배터리에 충전할 수 있도록 고안된 발명이다. 상기와 같은 방법의 장점은 궤도위에서 주행중인 PRT차량의 배터리충전을 주행하면서, 충전할 수 있는 충전인프라를 구축할 수 있다는 장점이 있다.

부가적 본 발명에서 가장 중요한 줄을 제작하는 생산기술은 획기적 제품들이 출시되고 있다. 예를 들면 탄소섬유를 이용하여 만들어 지는 줄의 무게는 강철의 20% 밖에 안 되지만 강도는 10배 이상 높아졌다. 아크릴 섬유를 진공상태에서 2,000~3,000℃의 열을 가하면 산소, 수소, 질소 같은 분자들은 모두 빠져나가고 순수한 탄소만 남는 탄화과정이 일어나고, 이때 남은 탄소는 가늘고 단단한 결정체를 만들어낸다. 이렇게 만들어진 탄소섬유는 무게가 강철의 20% 밖에 안 되지만 강도는 10배 이상 높아지고, 탄성률도 강철보다 7배 이상 높은데다 녹이 슬지 않는다.

(참고로 탄소나노튜브라는 소재는 우주 엘레베이터의 줄로 사용할 수 있다고 함)

본 발명은 상기한 종래 신 교통시스템등이 갖는 에너지 효율측면과 편리성측면에서 기능을 개선하기 위하여, 궤도상에서 이동하는 전기자동차와 유사한 PRT차량의 구동에너지를 공급하는 방법에 대한 관한 것으로, 현재 주로 사용하는 방법은 2가지가 있다.

첫 번째는 전기자동차와 같이 배터리 전원을 이용하여 주행하는 방법이다. 이런 방법을 이용한 PRT차량은 자유로운 이동이 가능하나, 배터리의 한정된 용량때문에 이동의 거리가 제한적이고, 배터리의 충전시간이 오래 걸린다. 물론 고속충전시 고가의 충전장비 및 충전인프라 구축비용이 소요된다.

두 번째는 전기철도와 같이 전기를 실시간으로 공급받아서 PRT차량을 주행하는 방법이다. 이 방법은 궤도 전 구간에 전기를 공급하는 장비를 설치하기 위한 궤도 설치비용과 유지보수비용 많이 소요된다. 전기철도의 집전방식은 가공식과 제3궤조식이 있다. 가공식은 전철 위에 급전선을 매달아서 팬터그래프 등으로 전력을 받는 방식이고, 제3 궤조식은 전력공급을 위한 레일을 따로 두어서 이 레일에 전극을 접촉시킴으로서 전력을 받는 방식입니다

본 발명은 상기에서 기술된 2가지 방법의 장점과 새로운 방법을 융합하여 고안하였다. 본 발명의 주요 차별항목은 PRT차량의 주행에너지를 물리적으로 순환하는 줄과 연결하여 직접적으로 운동에너지를 얻는 방법 과 PRT차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 PRT차량내의 배터리를 충전시키는 방법을 제공한다는 점이다.

아래 표는 PRT차량을 운행하기 위한 에너지를 얻는 방법들에 대한 개요와 특징점을 분석한 표이다.

PRT차량 주행 에너지공급 방법

항목	1)축전지(Battery)	2)직접전원공급	3)줄을 활용한 차량운행
개요	충전된 축전지를 이용하여 차량운전	전 구간의 궤도에서 차량에 직접전원을 공급하여 차량운전	구간별로 줄을 순환하게 하여, 차량이 순환하는 줄과 접속하여, 직접 운동에너지를 얻어서 차량운전
충전방법	-충전장비가 설치된 장소에서 충전을 하여야 함	-궤도 전구간 어디에서나 충전이 가능함 -전원공급방법은 가공가선 과 제3궤조 방식	-주행시 회생제동 또는 발전제동방식으로 운동에너지를 전기에너지로 변환. - 교통서비스 대기시 충전장비에 의한 충전가능
충전인프라 구성	- 충전장비 필요 - 차량에 내장된 축전지 전원을 이용해서 주행함	- 궤도 전 구간을 전력공급 인프라를 구성하여야 함. - 차량에 장착된 수전장치를 이용하여 수전된 전기에너지를 이용하여 주행함	- 구간별 구동원인 모터를 설치하여 줄을 순환할 수 있도록 설치함. - 차량에 장착된 접속장치(로봇손,연결고리등)를 이용하여 궤도에 순환하는 줄과 연결하면, 이동에너지를 직접 획득하여 주행함
장점	- 자유로운 이동(궤도/도로)	-궤도상에서 전원을 무한정 활용가능	-주행중에 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전원을 무한정 활용가능. - 차량의 무게를 최소화하여 전기에너지절약 - 구축비용이 적게 소요됨.( (2)안과 비교하여 50% 정도에 설치가능함)
단점	-1회 충전에 한정된 이동거리 - 충전을 위한 충전시간 낭비 - 충전/방전시 20% 에너지 손실 -배터리무게로 인한 차량무게 증가 - 에어컨과 히터사용시 배터리 소모로 인해서 전력 30%이상 소비	- 전 궤도상에 급전설비 설치함으로 전원 공급을 위한 구축비용 고가. - 비 접촉식 전원공급에 따른 전기에너지 손실(5%) - 차량의 수전 장비로 인해서 차량무게와 차체사이즈 증가	- 구동원이 설치된 구간별로 줄이 순환함으로, 계속해서 줄을 바꾸어 가면서, 주행에너지를 얻어야, 궤도상에서 일정한 차량 이동속도를 유지 가능하다. 따라서 제어가 복잡함. - 궤도상에서 차량속도 변화가 어렵다 - 주행중에 회생제동과 발전제동방식으로 운동에너지를 전기에너지 변환에 따른 에너지 손실발생(최대 10%)

본 발명은 주요특징은 주행궤도에서 직접전원공급방법과 동일하게 전 구간에서 전기에너지를 얻을 수 있도록, PRT차량은 주행중에 운동에너지를 획득하여 전기에너지를 변환할 수 있도록 고안하였고, 얻어진 전기에너지를 배터리에 충전하게 하여, 궤도 혹은 도로에서 자유로운 주행할 수 있는 PRT차량운행방법이다.

본 발명은 활용방안은 장거리 운행은 궤도에 설치된 구동원를 이용하여 PRT차량을 운행하고, 단거리 운행은 주행중에 충전된 배터리를 이용하여 운행할 수 있도록 고안하였다. 궤도위에 구동원을 설치하기 어렵고, PRT차량의 통행량이 적은 궤도 그리고 환승궤도 진입과 진출시에는 내장된 배터리의 전원을 활용하여 PRT차량을 운행하도록 고안하였다.

궤도 혹은 도로 위에서 운행되는 구동차(이하 PRT차량이라 한다.)를 단순화하였고, 궤도상에서 움직이는 PRT차량의 모든 조작(시동, 멈춤, 도어의 개폐 등)을 자동운전과 수동운전이 가능하게 고안하였다.

본 발명에서 해결하고자 할 목적은 2가지이다.

첫 번째 목적은 개별적인 개인교통 수단을 제공하면서, 최소한의 에너지를 사용하여, 최대의 인원을 최단시간 안에 이동하게 하여, 교통수요에 적절히 대응하면서, 운행 가능한 무인 궤도 자동화운행시스템과 궤도가 없는 도로에서는 유인운전이 가능한 Door-To-Door서비스를 제공할 수 있는 PRT차량 에너지공급방법을 제공하고자 한다.

두 번째 목적은 교통혼잡을 개선하여 대기 환경보호를 위하여, 충전인프라 보급과 배터리용량의 한계로 전기자동차 사용 확대가 안 되고 있는 상황을 개선하고자 한다. 즉 효율적인 에너지 사용과 대기오염 방지 측면에서 우수한 전기자동차 보급을 확산할 수 있도록 장거리 운행은 궤도를 이용하여 이동하고, 단거리 운행은 배터리를 이용하여 전기자동차가 이동할 수 있는 교통인프라 구축이다.

고 밀집화가 이루어진 도심에서 기존의 대형건물, 도로 등에 최소의 비용으로 최단 시간 안에 건설 가능한 운행 시스템을 제공하고자 한다.(도 9, 도 10 참조)

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 4가지 이다.

첫 번째는 PRT차량에게 이동에너지 전달방법으로, PRT차량이 운행하는 궤도 위에 일정한 간격으로 줄을 당길 수 있는 모터를 장착한 구동원을 설치한다. 이렇게 설치된 구동원은 일정한 간격(100M,250M,500M,1000M등)으로 연결된 줄을 일정한 속도로 순환시킨다. 궤도 위에 있는 PRT차량은 궤도 아래에서 순환하는 줄을 연결장비( 로봇손,갈고리등)를 이용하여 접속하면, PRT차량은 줄의 이동속도와 동일하게 차량을 운행할 수 있도록 고안하였다.

두 번째는 순환하는 줄을 연결하여 이동에너지를 획득할 수 있는 PRT차량이다.

세 번째는 PRT차량이 첫 번째 방법을 이용하여 주행 중, 주행중인 이동에너지를 전기에너지로 바꾸어서 차량 내부배터리를 충전할 수 있도록 한다. 주로 발전제동, 회생제동, 자동차휠의 회전으로 전기생성등의 방법을 활용하여 주행중에 내부 배터리를 충전하였으며, 차량 대기장소에서는 직접충전 또는 자기유도충전방법에 의해서 차량충전이 가능하게 고안하였다.

네 번째는 궤도 위에서 설치된 하나의 구동원으로, 동시에 여러개의 줄을 순환할 수 있는 구조를 지원하여, 최대한 많은 교통량을 확보할 수 있는 방안을 제공할 수 있도록 고안하였다.

상기와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위한 PRT차량과 에너지 공급방법에 있어서,

첫 번째는 줄을 이용한 PRT차량 에너지 공급방법으로, [도 1]과 같이 외부에 설치된 구동원(150)에서 발생되는 회전에너지가 드라이풀리(110)와 드리븐풀리(120) 사이에 설치된 줄(130)을 순환하도록 한다. 이 때 주행하는 PRT차량(170)이 운행궤도(140)에서 순환하는 줄(130)을 잡으면, 주행할 수 있는 운동에너지를 PTR차량(170)이 직접 획득하여, 궤도상에서 PRT차량을 주행할 수 있다.

두 번째는 줄을 이용한 PRT차량 운행방법으로, [도 2]와 같이 PRT차량이 주행할 수 있는 운행궤도부(240)과 운행궤도를 지지하는 교량부(270), PRT차량에 에너지를 제공하는 운동 에너지변환부(280) 그리고 운동에너지를 얻을 수 있는 PRT차량(270)으로 구성된 PRT차량운행시스템이다. 참고로 에너지변환부(280)는 구동원(250), 드라이브풀리(210), 드리븐풀리(220) 그리고 줄(230)로 구성된 부분으로, 구동원(250)에서 발생하는 회전에너지를 직선에너지로 변환하는 기능을 수행하는 부분이다. 여기서 롤러(260)은 순환하는 줄의 하중으로 바닥과의 마찰을 최소화하기 위한 장치이다.

상기와 같은 PRT운행시스템에서 [도 3]과 같이 PRT차량이 궤도위를 주행하기 위해서는 구동원간의 단절구간(이동하는 줄과 연결되지 않은 구간인 관성구간 :340)에서 다른 구동원의 줄로 바꾸어서 연결하는 작업을 진행하여야, 주행에너지를 지속적으로 획득하여 차량을 운행할 수 있다. 따라서 줄을 잡는 행위(Capture)와 줄을 놓아주는 행위(Release)를 PRT차량에 장착된 연결제어기에서 반복적으로 수행하면서 PRT차량 운행이 이루어진다.

세 번째는 줄을 이용한 PRT차량 전기공급 방법으로, [도 13[과 같이 주행중에 PRT차량의 배터리에 충전할 수 있도록 주행하는 운동에너지의 일부분을 전기에너지로 변환하여 배터리에 충전하거나, PRT차량의 전자기기동작 및 에어콘/히터를 직접동작할 수 있는 전기 공급할 수 있도록 구현하였다. 즉 PRT차량의 연결제어기(1320)가 내부 혹은 외부에 결합된 연결장치(1330)가 줄(1340)을 잡으면, 줄(1340)과 함께 PRT차량이 이동하고, 이 때 차량바퀴의 회전이 발생하고, 연결된 모터가 발전기의 기능을 수행하면서 전기에너지가 발생한다. 이렇게 발생된 전기에너지는 PRT차량의 배터리에 충전한다. PRT차량 내부에서 전기사용이 없는 경우에는 모터와 변속기간의 연결이 두절된 관성운행이 되도록 하여야 에너지 효율을 최대화 할 수 있다.

상기와 같이 PRT차량이 주행중에 배터리를 충전할 수 있어서, 전기자동차의 장거리운행의 제약사항을 극복할 수 있는 대안으로 전기자동차 충전인프라와 연계하여 운영시 좋은 효과를 얻을 수 있다. 즉 전기자동차로 장거리 운행시 궤도를 이용하여 이동하고, 목적지 근처에 도착하면, 도로를 주행하여 원하는 장소에 도착하도록 Door-To-Door서비스를 제공한다. 운행궤도위에서 장거리 이동시 소요되는 에너지는 외부의 이동에너지를 이용하여 주행함으로 배터리 전원소비 없이 장거리 이동이 가능하다.

네 번째는 하나의 구동원으로 여러개의 줄을 순환할 수 있는 방법을 제공하여, 궤도위에 설치할 구동원의 무게를 최소화하면서, 사용하는 전원대비 통행량을 최대화하여, 에너지 사용의 효율을 극대화하고자 고안하였다.

[도 5]는 한개의 구동원으로 한 개의 줄을 순환하도록 구성된 구조 , [도 6]은 한개의 구동원으로 여러개의 줄을 순환하도록 구성된 구조, [도 8]은 한 개의 구동원으로 상하 복층을 동시에 여러개의 줄을 순환하도록 구성된 구조등 다양한 형태로 구성하여, 에너지 사용효율을 극대화 하고자 고안하였다.

본 발명의 기대효과는

1) 전기자동차는 배터리 용량의 한계로 장거리이동의 한계와 충전시간으로 인한 불편사항 그리고 고가의 차량으로 인해, 전기자동차 확대가 지연되고 있는 상황에서, 줄을 이용한 본 발명은 전기자동차 운행시 충전인프라를 제공할 수 있다. 즉 장거리 운행은 궤도에서 제공하는 에너지를 이용하여 이동하고, 근거리 운행은 주행중에 충전된 배터리의 전원을 이용하여, 목적지까지 운행이 가능한 전기자동차 충전인프라로 활용하여, 전기자동차의 불편사항을 극복할 수 있음.

2) 궤도와 도로에서 주행할 수 있는 편리한 교통수단(One Stop 교통서비스)제공으로 복잡한 도심의 교통혼잡 개선으로 혼잡통행비용 대폭적으로 절감.

3) 최소의 투자와 운영비용으로 유지되는 저비용 PRT운행시스템 운영가능.

4) 경량의 궤도를 건물과 건물 사이로 설치가 가능함으로써, 협소한 도로로 인한 발전이 안 된 동네에 편리한 교통수단 제공으로 도시의 슬럼화 방지 및 균형적인 도시발전을 할 수 있음.

5) 효율적인 에너지 활용을 통한 CO2배기가스 감소와 대기오염 환경개선

6) 개별적인 교통수단 제공에 따른 대중교통의 취약한 전염병(에볼라바이러스,감기등)과 같은 공중위생과 테러발생시 피해최소화

이상이 기대되는 효과이다.

[도 1]은 구동원의 회전에너지를 줄을 활용한 직선운동에너지로 바꾸는 개념도
[도 2]는 주 구동원을 PRT차량내부가 아닌 외부에 설치하여 , 줄을 활용한 PRT차량운행방법
[도 3]는 줄을 활용한 PRT차량 주행방법
[도 4]는 시스템과 유무선 네트워크 개념구성도
[도 5]는 주행궤도에 1개의 구동원 설치하여 1개의 줄을 순환시키는 구성도(예시)
[도 6]는 주행궤도에 1개의 구동원 설치하여 3개의 줄을 순환시키는 구성도(예시) [도 7]는 복층 주행궤도에 2개의 구동원 설치하여 각각 여러개의 줄을 순환시키는 구성도(예시)
[도 8]는 복층 주행궤도에 1개의 구동원 설치하여 동시에 여러개의 줄을 순환시키는 구성도(예시)
[도 9]는 지하철역을 중심으로 PRT차량 운행궤도 구축개념도(예시)
[도 10]는 도시 빌딩숲을 관통하는 복층 궤도설치 개념도 (예시)
[도 11]는 빌딩내 PRT차량 환승평면도
[도 12]는 PRT차량의 내부구조도
[도 13]은 줄을 활용한 PRT차량 개념도
[도 14]는 순환하는 줄과 연결된 접속부를 PRT차량에서 접속하여 운동에너지를 얻는 방법
[도 15]는 순환하는 줄과 접속부가 일체형으로 동작하는 구조도
[도 16]는 PRT차량의 연결제어기 기능개념도
< 도면의 주요 부분에 기술된 용어 설명 >
◎ PRT(Personal Rapid Transit): 궤도상에서 PRT차량의 운행서비스를 목적지까지 One-Stop 서비스를 지향하며, 개인별 통행수단을 제공하는 교통수단으로 운행차량의 무게를 최소화하여, 에너지 효율을 극대화 하도록 고안된 궤도 겸용차량.
◎ 줄(Rope) : 차량을 견인할 수 있는 가볍고 튼튼한 줄로써 영문으로 Wire, Rope, Cable, Velt, Chain등을 총칭하여 줄이라는 용어를 사용한다.
◎ 드라이브풀리(Drive Pully) : 모터와 가장 가까운 회전판으로 반지름의 크기에 따라 속도와 회전력이 다르다.
◎ 드리븐풀리(Driven Pully): 드라이브풀리의 회전수에 따른 회전수와 동일한 회전수를 확보하기 위한 역할을 수행한다. 드라이브풀리에 감겨진 줄이 길어서, 줄의 무게의 하중 , 줄이 궤도바닥과의 마찰력 그리고 견인할 차량무게로 인해서 드라이브풀리(Drive Pully)의 회전수가 낮아진다. 따라서 드리븐풀리의 회전부하로 인해서 구동원에 부하를 증가하면 드리븐풀리에도 모터를 설치할 수 도 있음.
◎ 운행궤도: 차량이 특정 차선으로 운행할 수 있도록 고안된 고가도로이다.
◎ 원형막대돔: 운행궤도상에서 기후(눈,비,바람,온도등)변화에 따른 차량운행에 지장이 되는 요소를 방지하고, 운행비용을 최소화 하기 위해서 궤도를 막대형태의 원형으로 둘러 싸여진 원형막대돔.
◎ 롤러(Roller) : 줄이 길어서, 줄의 무게의 하중으로 인해서, 줄이 궤도바닥과의 직접적인 마찰을 방지하기 위하여 궤도에 일정한 간격으로 Roller를 설치하여, 줄로인한 줄의 무게와 마찰력을 최소화 하도록하여 에너지의 효율성을 향상.
◎ 접속부(1450, 1530) : 순환하는 줄을 쉽게 연결할 수 있도록 줄과 일체화된 접속장치.
◎ 에너지변환부(280,1460) : 구동원(150,250)/ 드라이브풀리(110,210)/ 드리븐풀리(120,220)/ 줄(130,230,1340)로 구성되어 있으며, 구동원(150,250)의 회전에너지를 줄을 순환시켜서, 운동에너지로 변환시키는 역활을 수행함.
◎ 연결장치(1330) : 로봇손과 같이 이동하는 줄과 쉽게 잡거나, 고리와 같이 쉽게 연결할 수 있는 구조의 장치

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 줄을 이용한 PRT차량과 에너지 공급방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명은 [도 9], [도 10], [도 11]과 같이 도심시내를 통과하는 운행궤도가 설치하여 PRT차량이 운행방법을 형상화한 도면이다.

대표적인 서비스방법은 다음과 같다. PRT차량 이용고객 A씨는 스마트폰으로 출발지와 도착지와 탑승시간 , 탑승인원 그리고 도로주행 여부를 기입하여 예약하였다. A씨는 정해진 시간에 정거장에 도착하여 PRT차량에 예약번호를 입력하거나, 디지털 신분증을 제시하면 PRT차량의 도어가 자동으로 열린다. A씨는 PRT차량에 탑승하면, PRT차량은 문을 닫고, 예약된 내용이 궤도상에서만 운행되어 있으면, PRT차량은 무인운전으로 A씨를 목적지까지 Non-Stop으로 이동한 후, 목적지에 도착하였음을 통보한다.

이러한 서비스를 하기 위한 본 발명의 주요 관점은 에너지를 최소로 사용하면서, Non-Stop으로 목적지까지 자동으로 운전하는 PRT운행시스템을 운영할 수 있는 기반제공할 수 있는 에너지 제공하는 방법 및 이러한 방법을 활용할 수 있는 PRT차량에 관한 것이다.

본 발명의 최고의 핵심내용은 에너지를 효율적인 활용을 위한 발명으로, 지하철 2호선과 비교하여 에너지 효율적인 사용에 대해서 설명하고자 한다.

지하철 2호선의 순환궤도 길이는 48.8Km이고, 전동차 1량의 무게는 30톤이고, 1Km이동시 소요되는 전기량은 2013년 기준 2.55Kw이다. 지하철 전동차 편성이 주로 10량이고, 전동차 1편성 차량이 1회 순환시 소요되는 전력량은 2.55*10(량)*48.8 = 1,244KWh을 소비한다.

비교 대상인 본 발명의 줄을 이용한 PRT운행시스템에서 사용되는 구동원의 모터의 최고출력 109마력, 최대토크 28.6kg 특성을 가지고 있고 가정하자. 이 구동원으로 1,000Kg 차량을 50Km이동시 소요되는 전력량은 6.2KWh이다. 이러한 구동원을 48.8Km구간을 250M간격으로 약 200개의 구동원을 설치하였다고 가정하고, 2호선 전철 운행 시스템을 비교하면 다음 표와 같다.

비교기준은 2013년 지하철2호선 일일평균 소비전력량 870,152KWh를 기준으로, 상기의 소비전력량으로 줄을 이용한 PRT차량 운행시스템을 적용시 교통통행자 수를 산출하였다.

지하철 2호선 일일 전기사용량 기준으로 본 발명 차량 운행시 사양비교

NO	분류명	2호철 지하철	줄을 이용한 PRT차량 운행	비고
1	편성차량	10량	독립운행
2	무게	25톤*10=250,000Kg	250,000Kg/1000Kg = 250대
3	거리	48.8Km	50Km	2호선 순환선 거리
4	1량(1대) 1Km이동시 소요전력량	2.55Kwh(2013년기준)	124Wh	전기자동차 리프 (12.4kWh 로 100km를 주행)
5	1편성 전철이 48.8 Km 주행시 소비되는 전력량	2.55Kwh*10량*48.8 = 1,244KWh (한편성)	250대*0.124KWh*50Km = 1,550 KWh (독자적으로 운영된 경우)	무게기준 소비 전력량 비교하였고, PRT차량을 개별적 운행시 소비전력량
6	250M간격으로 구동원 설치하여 구동원 사용시	48.8Km 1회 순회시, 소요되는 전력량은 1,244KWh	200대(50,000M/250M)* 0.124KWh*50Km=1,240KWh	2호선 1편성 전철이 1회 순환시 소요되는 전력량
7	2호선 전철운행 1일 평균사용 전력량	870,152KWh (2013년 2호선 일일평균)	1,240KWh*24시간 = 29,760KWh	PRT차량 운행은 24시간 운전시 소비되는 전력량
8	870,152KWh로운행 가능한 선로	1궤도에 2개차선(왕복)	870,152KWh/29,760KWh = 23.39개	소비전력량 기준으로 PRT궤도를 23.39개 운행가능
9	1궤도에서 운행할 수 있는 차량편수	- 870,152/1,244=700편성차량 운행됨. - 1편성 차량정원*1600명)*700편성=1,120,000명	10초간격으로 PRT운행시스템기준 - 24시간*60분*6회= 8,928대 - 8,928대*4차선= 35,712대 - 35,712대*2인승= 71,424명	- 10초간격으로 운행시 정류장별 출발가능 댓 수 - 1궤도에 상하층2개 차선을 지원하는 경우 4차선
10	일일 사용전력량을 기준으로운송량 산출 기본자료	- 870,152/1,244=700편성차량 운행됨. - 1편성 차량정원*1600명)*700편성=1,120,000명	71,424명 * 23.39궤도 = 1,670,607명	- 본 발명에서는 10초에 차량1대 - 차량운행은 1회 순환운행을 전제로 계산함.
11	동일한 전력량 사용 조건으로 운영가능한 궤도수와 차선수 산출	- 지하철 2호선은 2궤도로 상하행 1차선씩 2차선으로 운행중	- 23.39개의 궤도를 운행할 수 있으며, 궤도당 운행궤도는 상하복층과 층별로 2개차선을 운영할 수 있음. 따라서 1궤도에서 총 최대 4개의 차선을 운행할 수 있음. - 23.39*4차선= 93.56차선	- 1개의 구동원으로 4개의 차선을 움직일 수 있도록 설계가능함.
12	일일 운송인원	일일 최대2,000,000명	1,670,607명	PRT차량1대당 2명씩

2호선 지하철경우 출퇴근시간에는 1편성에 3,000명이 초가 하는 경우도 비일비재하다. 또한 2인승 PRT차량인 경우 2인 전체가 탑승하는 게 아니라, 나 홀로 승객이 대부분임으로 운송효율은 더 나쁘다.

일반적인 신 교통인프라 구축/운영 비용 및 특성을 비교한 자료를 아래 표와 같이 작성하였다.

기존 PRT차량과 타 대중교통과의 특성 비교

구분	PRT (Personal RapidTransit)	HRT (중량전철)	LRT (경전철)	BRT (전용노선버스)
운행방법	Off-Line Station (논스톱운행)	(역/정류소 마다 정차)
역간거리	300-500M	1,000M	800M	500M
표정속도	40-45 km/h	25-35 Km/h	25-35 Km/h	20-30Km/h
운행시격	최소 3초	2분이상	2분이상	노선마다 다양
건설비	150억/Km이하	1,000 억원/Km 이상	400-600 억원/Km	50-500 억원/Km
운영형태	무인역사	유인역사	유인/무인	유인운전
운행시간	24시간	일정시간	일정시간	일정시간
운영비용	1.2억원/Km(추정)	55.3억원/Km	19.3억원/Km	3.4억원/Km
* 표정속도 : 정차, 지체, 운행시간의 합을 총 운행거리로 나눈 속도 값, 대중교통의 평가척도로 활용
대우엔지니어링 기술보 제25권 제1호 PRT 기술개발현황 및 궤도기술연구에서 발췌

상기의 PRT차량보다 본 발명에서 고안한 줄을 활용한 PRT차량운행방법은 PRT차량의 무게를 기존차량의 절반 이상까지 축소함과 동시에 궤도위에 설치되는 제어구조를 간략하게 함으로써, 경량의 운행궤도를 설치하여, 궤도구축 비용절감 및 운영비용을 기존 PRT차량의 운행시스템과 비교하여, 45%이상 감축될 것으로 추정된다.

본 발명을 적용하여 궤도설치 설치 예상비용 산출표(1Km기준으로 산정)

구분	사양	단가	수량	금액
교각부	- 기반은 콘크리트 - 상위 지지대는 철골 - 교각높이15M	100,000,000	1000M/50M = 20개	100,000,000*20개= 2,000,000,000
교량부 (운행궤도)	- 유리섬유 복합소재를 이용한 바닥판으로 설치 - 교량부와 교각부간의 탄소섬유로 고정하여 궤도 고정	3M폭*2(복층)= 6M 6M*500,000원 =3,000,000원	1,000M	3,000,000*1,000M= 3,000,000,000
교량외부마감	- 골격은 철골 - 외부마감은 투명한 강화PVC - 폭(3M) * 높이(4M) 원형막대형 튜브	3M폭*4M높이*2(둘레)= 24M*100,000원 =2,400,000원	1,000M	2,400,000*1,000M= 2,400,000,000
구동원	- 고효율 유도전동기 - 교각부에 구동원과 제어공간 마련	100,000,000	1,000M/250M =4개	100,000,000*4= 400,000,000
줄	- 탄소섬유 줄	3차선*2개(복층)*2(순환) = 12 *50,000 =600,000	1,000M	600,000*1,000M= 600,000,000
합계				8,400,000,000원

또한 본 발명에서 고안한 PRT차량의 내부구조도는 [도 12]와 같으며, 일반적인 전기차량과 다른 내용은 줄과 연결하기 위한 연결제어기(1210,1320)와 연결장치(1330)가 있다는 점과 순환하는 줄과 함께 이동하는 PRT차량의 차륜바퀴에 연결된 모터가 회전하면서, 전기에너지가 생성되면서, 배터리에 충전할 수 있는 특징을 가진 PRT차량이이다.

PRT차량의 연결제어기(1210,1320)는 순환하는 줄의 이동속도를 식별하기 위해서 카메라가 부착되어 있으며, PRT차량의 진행속도를 측정이 가능하고, 줄의 이동 및 동작상태를 식별할 수 있는 기능이 부가되어 있다. 연결제어기(1210,1320)에서 식별된 줄의 속도와 이동상태에 따른 PRT차량의 ECU(1310)와 연계된 PRT차량 속도제어를 수행한다. 즉 줄을 잡거나, 풀어주거나, 가속시에는 PRT차량 내부에 충전된 배터리전원을 이용하여 운행한다

본 발명에서 구축된 운행시스템을 운영하기 위한 기본 네트워크 개념구성도는 [도 4]에 도식화 하였다. 궤도(450) 위에 주행하는 PRT차량(420)의 ECU(1320)는 같은 궤도에서 주행하는 PRT차량(430)간에 현재 위치와 상태를 무선으로 송수신하여, 차량간의 간격을 항시 점검하고, 외부 사고와 Event를 감지하여 PRT차량 운행에 항시 참조한다. PRT차량의 ECU와 중앙운행관제센터(470)와의 정보송수신은 무선과 유선을 통한 정보통신로를 이중화하여 관리한다. 중간HUB역할을 하는 장비는 유선인 경우는 구동원제어실(440)에 설치하고, 무선인 경우에는 운행궤도상에 일정한 간격으로 무선AP(Access Point:450)를 설치하였다.

주행중인 PRT차량이 안전하게 운전하기 위한 장비로는 PRT차량이 잡고 있는 줄을 풀어주는 시점을 외부에 설치된 차량검지센서(410,415)에 의해서 통과하는 PRT차량에게 알려주는 구조를 지원한다. 참고로 중앙운행관제센터(470)은 PRT차량 운행의 모든 것을 관장하는 콘트롤센터이다.

[도 5], [도 6], [도 7]와 [도 8]은 구동원과 줄을 연결하는 다양한 구성도를 예시한 도면이다.

본 발명은 [도 1]과 [도 2]와 같이 운행궤도(140,240)상에 일정한 구간마다 PRT차량(170,270)을 움직일 수 있는 구동원(150,250)을 운행궤도(140,240)부근에 설치하고, 구동원(150,250)과 연결된 드라이버풀리(110,210)와 일정한 간격으로 떨어진 드리븐풀리(120,220)사이에 줄(130,230)을 연결하여, 구동원(150,250)과 연결된 드라이버풀리(110,210)가 회전하면서 줄(130,230)을 당기면, 드라이버풀리(110,210)와 드리븐풀리(120,220)간에 연결된 줄(130,230)이 이동하면서, 이 줄(130,230)을 통해 회전에너지를 직선에너지로 변환하는 이동에너지를 PRT차량(170,270,1390)에 부착된 연결제어기(1320)에 의해서 연결장치(1330)가 줄(130,230)를 잡으면, 줄(130,230)과 함께 운행할 수 있도록 고안된 구동에너지 공급방법과 PRT차량이다.

이렇게 구동원이 설치된 구간별로 연결된 줄이 두절된 구간(340)을 통과 후, PRT차량이 이동에너지 획득하는 방법은 PRT차량(170,270,1390)에 장착된 연결제어기(1320)에 의해서 연결장치(1330)가 현재 이동하기 위해서 붙잡은 줄(130,230,1340)을 풀어주고, 다음구간의 구동원(250)에 의해서 이동하는 줄(130,230)과 연결할 수 있는 기능이 부가된 PRT차량(170,270,1390)의 연결제어기(1320)에 의해서 타잔이 나무줄을 타고, 이쪽 나무에서 저쪽 나무로 이동하는 방법과 동일하게, 이동을 원하는 PRT차량(170,270)은 일정구간별 이동하는 줄(130,230)을 계속해서 바꾸면서, 운동에너지를 획득하면서 원하는 목적지까지 이동한다.

이 때 목적지 부근에 도착하면, 구동원(150,250)을 설치하기 곤란한 장소와 통행량이 적어서 에너지 효율이 나쁜 곳, 즉 구동원(150,250)을 사용하는 PRT차량이 없는 장소는 PRT차량 내부의 배터리를 이용하여, 원하는 목적지까지 이동한다.

본 발명의 PRT운행시스템은 궤도에서 줄을 이용한 에너지 전달방법을 활용하여 에너지 효율을 높이고, PRT운행시스템의 궤도가 짧은 구간이거나 통행하는 PRT차량이 없는 지역은 PRT차량 내부의 밧데리를 이용하여, 목적지까지 이동하도록 하여, 에너지 이용효율을 극대화하여 PRT차량 운영비를 절감하도록 하였다.

주행중에 배터리 전원을 충전하는 방법은 PRT차량이 순환하는 줄과 연결하면, PRT차량은 줄과 함께 주행한다. 이 때 PRT차량의 바퀴가 회전하면서, 바퀴와 연결된 모터가 회전하면서 전기를 생산하고, 이렇게 생산된 전기를 배터리를 충전하는 회생제동/발전제동 방식을 제공한다. 또한 PRT차량의 바퀴의 휠에 전기생성장치를 부착하여, 자가발전된 전기에너지를 충전할 수 있는 방법도 지원한다. 더불어 PRT차량이 차량 대기소에 대기중의 PRT차량의 배터리에 자기유도 방법을 활용하여 충전 혹은 직접상설전원을 충전하는 방법을 제공한다.

본 발명의 PRT운행시스템에서 PRT차량(170,270)이 이동하기 위한 궤도(140,250)상에 연결된 줄(130,230)의 하중 때문에 늘어져서, 줄(130,230)이 궤도(140,240)의 바닥에 접촉되면, 마찰계수가 높아져서 에너지 낭비가 발생된다. 줄(130,230)의 마찰계수를 최소화 하기 위한 궤도상에 롤러(160)를 설치하여 줄(130,230)의 마찰계수로 인한 에너지 낭비를 최소화 하도록 한다.

PRT운행 시스템에서 일정한 시간에 PRT차량 통행량을 증대하기 위해서, [도 5]와 같은 구조를 [도 6], [도 7], [도 8]과 같은 구조의 운행궤도를 설치하였다. 하나의 구동원으로 여러개의 줄을 순환하게 하여, 최대한 빠른 시간에 많은 PRT차량을 통행할 수 있도록 지원하였다.

본 발명을 적용하는 지하철과 환승구간을 중심으로 PRT차량 운행서비스를 제공하기위한 사례를 [도 9]와 같이 도식화 하였다.

지하철이용고객이 PRT차량을 환승할 있는 탑승부(910)에서 대기하고 있는 PRT차량(930)을 탑승하고, 원하는 목적지로 운행궤도(950)를 따라 자동으로 이동하고, 운행궤도가 없는 일반도로를 통과하여야 할 PRT차량(940)은 PRT차량 이동엘레베이터(920)까지 이동하여, 지상 궤도밖으로 PRT차량(940)를 이동시켜 원하는 목적지까지 수동운전을 하고 이동한다.

[도 11]와 같이 빌딩내에 PRT차량(1140) 운행 환승궤도(1130)가 진입하는 경우는 PRT차량 운행방법은 내부 배터리의 전원으로 이동하고, 승객을 탑승후 환승궤도에서 주행궤도로 진입하여, 순환하는 줄의 이동속도와 동일할 때 까지는 내부배터리를 이용하여 주행한다.

[도 14] , [도 15]는 PRT차량에 장착된 연결제어기(1320)와 연결장치(1330)로 순환하는 줄과 연결을 용이하게 하기 위해서, 순환하는 줄(1340,1440)과 접속부(1450)를 영구적인 접속함으로써, 연결장치(1330)가 직접 줄을 직접 연결하지 않고, 줄과 연결된 접속부(1450,1530)의 연결고리(1540)를 연결함으로써 줄과의 연결을 용이하게 지원할 수 있을 뿐만 아니라, 여러 개의 차선을 동시에 지원할 수 있다.

[도 16]은 PRT차량에 장착된 연결제어기(1320,1610)에서 지원하는 기능에 대한 개념도로써, 장착된 카메라를 제어하여 영상을 획득하는 카메라제어기능(1650), 카메라에서 획득된 영상을 분석하여 줄의 이동속도를 인지하는 기능과 구동원간의 줄이 두절된 관성(타행)운행 구간(340)을 식별할 수 있는 기능을 지원하는 영상분석기능(1630) , Capture Point(320)센서 / Release Point(330) 센서를 인지할 수 있는 센서연동 기능(1670), PRT차량의 ECU와의 정보 연동을 위한 ECU 통신기능(1620), 순환하는 줄과 접속하는 연결장치를 제어하는 연결장치제어기능(1660) 그리고 상기에 기술된 기능들 간의 연동 및 통합처리를 수행하는 연결제어처리기(1640)로 구성되어 있다.

영상분석기능(1630)은 줄의 이동속도를 측정하고, 센서연동 기능(1670) 순환하는 줄의 연결과 해제 시작시점을 알려주고 ,연결제어기 처리기(1640)는 ECU 통신기능(1620)에서 수신된 PRT차량의 속도와 영상분석기능(1630)에서 측정된 줄의 이동속도를 비교하여 줄의 연결과 해제 유무를 판단하는 기능을 제공한다.

줄의 이동속도와 주행 환경정보에 따라서 연결제어기(1320,1610)는 연결장치(1330)를 제어하고, 연결장치는 줄을 잡거나 풀어주는 행위를 반복하면서 목적지까지 주행한다.

그리고 영상분석기능(1630)은 구동원 간의 줄이 두절된 관성(타행)운행 구간(340)을 식별할 수 있는 기능을 제공하여, 가상의 Capture Point(320), Release Point(330)를 소프트웨어적으로 인지할 수 있다.

Claims (7)

1. PRT차량(170,270,1390)이 주행하는 운행궤도부(140,240), 구동원(150,250)/ 드라이브풀리(110,210)/ 드리븐풀리(120,220)/ 줄(130,230,1340)로 구성된 에너지변환부(280), 운행궤도(140,240)를 일정한 높이를 지지해 주는 교각부(270), 운행궤도(140,240)위에서 주행하는 PRT차량(170,270,1390), 승객을 승하차 하는 환승센터(1160) 그리고 PRT운행관제센터(470)로 구성된 PRT차량 운행시스템에 있어서,
   구동원(150,250)의 회전에너지를 순환하는 줄(130,230)을 이용하여 직선 운동에너지로 변환하고, 변환된 줄의 운동에너지를 활용하여 PRT차량(170,270,1390)이 주행할 수 있는 구조를 포함하는 특징을 가진 에너지 공급방법.
   
2. PRT차량(170,270,1390)이 주행하는 운행궤도부(140,240), 구동원(150,250)/ 드라이브풀리(110,210)/ 드리븐풀리(120,220)/ 줄(130,230,1340)로 구성된 에너지변환부(280), 운행궤도(140,240)를 일정한 높이를 지지해 주는 교각부(270), 운행궤도(140,240)위에서 주행하는 PRT차량(170,270,1390), 승객을 승하차 하는 환승센터(1160) 그리고 PRT운행관제센터(470)로 구성된 PRT차량 운행시스템에 있어서,
   운행궤도(140,240)상에 일정한 구간마다 PRT차량(170,270)이 주행할 수 있는 에너지를 공급하는 구동원(150,250)을 설치하고, 구동원(150,250)과 연결된 드라이버풀리(110,210)와 일정한 간격으로 떨어진 드리븐풀리(120,220)사이에 줄(130,230)을 연결하여, 구동원(150,250)과 연결된 드라이버풀리(110,210)가 회전하면서 줄(130,230)을 당기면, 드라이버풀리(110,210)와 드리븐풀리(120,220)간에 연결된 줄(130,230)이 이동하면서, 이 줄(130,230)을 통해 구동원(150,250)의 회전에너지를 직선에너지로 변환하는 이동에너지를 전달할 수 있는 줄(130,230)을 순환시키고, PRT차량(170,270,1390)의 연결제어기(1320)에 부착된 연결장치(1330)가 순환하는 줄(130,230,1340)과 연결하면, PRT차량(170,270,1390)이 연결된 줄(130,230,1340)의 운동에너지를 사용할 수 있는 구조를 포함하는 특징을 가진 PRT차량과 에너지 공급방법.
   
3. PRT차량(170,270,1390)이 주행하는 운행궤도부(140,240), 구동원(150,250)/ 드라이브풀리(110,210)/ 드리븐풀리(120,220)/ 줄(130,230,1340)로 구성된 에너지변환부(280), 운행궤도(140,240)를 일정한 높이를 지지해 주는 교각부(270), 운행궤도(140,240)위에서 주행하는 PRT차량(170,270,1390), 승객을 승하차 하는 환승센터(1160) 그리고 PRT운행관제센터(470)로 구성된 PRT차량 운행시스템에 있어서,
   운행궤도상에서 주행하는 PRT차량(420,430,1390)은 주기적으로 상위 PRT운행관제센터(470)에 PRT차량(420,430,1390)의 고유식별코드, 위치, 차량의 무게, 이동속도, 차선, 충전필요 여부 그리고 주행구간정보를 유무선통신으로 전송하는 단계;
   상위 PRT운행관제센터(470)는 수신받은 정보를 PRT차량(420,430,1390)의 진행방향의 구동원제어실(440)의 구동원제어기로 PRT차량(420,430,1390)의 고유식별코드, 위치, 차량의 무게, 이동속도, 차선, 충전필요 여부 그리고 주행구간정보를 유무선통신으로 전송하는 단계;
   구동원제어실(440)의 구동원제어기는 에너지변환부(280,350,360,370,380)에서 운행하여야 할 PRT차량(420,430,1390)의 수, 무게, 속도 그리고 충전필요 유무를 분석하여, 구동원의 회전수, 토크를 결정하여 동작하도록 하는 단계;를 포함하는 특징을 가진 PRT차량과 에너지 공급방법.
   
4. PRT차량(170,270,1390)이 주행하는 운행궤도부(140,240), 구동원(150,250)/ 드라이브풀리(110,210)/ 드리븐풀리(120,220)/ 줄(130,230,1340)로 구성된 에너지변환부(280), 운행궤도(140,240)를 일정한 높이를 지지해 주는 교각부(270), 운행궤도(140,240)위에서 주행하는 PRT차량(170,270,1390), 승객을 승하차 하는 환승센터(1160) 그리고 PRT운행관제센터(470)로 구성된 PRT차량 운행시스템에 있어서,
   운행궤도(140,240)상에 설치된 하나의 구동원(150,250,520,620,720,820)과 연결된 여러개의 드라이브풀리(640,740,840)와 드리븐풀리(630,730,830)간의 연결된 여러개의 줄(610,710,810)을 순환하게 하여, 주행하는 PRT차량(170,270,1390)에 장착된 연결제어기(1320)와 연결장치(1330)로 이동하는 차선에 해당되는 줄(610, 710, 810, 1340)을 잡으면, PRT차량(170,270,1390)이 줄(610, 710, 810, 1340)과 함께 여러대의 PRT차량(170,270,1390)을 동시에 이동이 가능한 구조를 포함하는 특징을
   가진 PRT차량과 에너지 공급방법.
   
5. PRT차량(170,270,1390)이 주행하는 운행궤도부(140,240), 구동원(150,250)/ 드라이브풀리(110,210)/ 드리븐풀리(120,220)/ 줄(130,230,1340)로 구성된 에너지변환부(280), 운행궤도(140,240)를 일정한 높이를 지지해 주는 교각부(270), 운행궤도(140,240)위에서 주행하는 PRT차량(170,270,1390), 승객을 승하차 하는 환승센터(1160) 그리고 PRT운행관제센터(470)로 구성된 PRT차량 운행시스템에 있어서,
   PRT차량(170,270,1390)의 연결제어기(1320)와 결합된 연결장치(1330)는 Catch Point(320)의 센서를 통해서 순환하는 줄(130, 230, 1340)과 연결할 수 있는 시기를 판단하는 연결준비 단계;
   PRT차량(170,270,1390)의 연결제어기(1320)와 결합된 연결장치(1330)는 Catch Point(320)의 센서를 통해서 순환하는 줄(130, 230, 1340)과 연결할 수 있다고 판단되면, 줄(130, 230, 1340)의 이동속도를 측정하고, 적당한 시점(줄의 이동속도와 PRT차량 속도가 비슷한 시점)에 줄(130, 230, 1340)과 연결하는 연결단계;
   PRT차량(170,270,1390)의 연결제어기(1320)와 결합된 연결장치(1330)와 순환하는 줄(130, 230, 1340)과 연결되면, 줄의 이동속도와 동일하게 PRT차량을 주행하는 운행단계;
   주행하는 PRT차량(170,270,1390)의 연결제어기(1320)와 결합된 연결장치(1330)는 Release Point(330)의 센서를 검지하면, 연결된 줄(130, 230, 1340)과 PRT차량간의 연결을 해제하는 해제단계;
   PRT차량(170, 270, 1390)이 줄(130, 230, 1340)과 연결되지 않은 상태로 주행하는 관성(타행)운행단계;
   PRT차량(170, 270, 1390)이 주행하기 위해서는 에너지변화부의 구간(350, 360, 370, 380)별로 상기에서 기술한 연결준비단계, 연결단계, 운행단계 , 해제단계 그리고 관성운행단계를 구간(350, 360, 370, 380)별로 반복하면서 운행하는 단계;를 포함하는 특징을 가진 PRT차량(170, 270, 1390)과 에너지공급방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   줄을 연결하고 해제하는 시점을 Capture Point(320)센서 ,Release Point(330) 센서를 사용하지 않고, 연결제어기(1320)에서 줄의 이동속도 식별하고, 구동원간의 줄이 두절된 관성(타행)운행 구간(340)을 식별하여, 가상의 Capture Point(320), Release Point(330)를 소프트웨어적으로 인지하는 것을 포함하는 특징을 가진 PRT차량(170, 270, 1390)과 에너지공급방법.
   
7. 제 1항에 있어서,
   PRT차량(170,270,1390)이 줄과 연결된 주행상태인 경우, 줄과 함께 이동하는 PRT차량(170,270,1390)의 바퀴가 회전하고, 바퀴와 연결된 모터가 발전기의 기능을 수행하면서 생성된 전기에너지를 PRT차량(170,270,1390) 내부에 설치된 배터리를 충전하는 구조를 포함하는 특징을 가진 PRT차량(170, 270, 1390)과 에너지공급방법.
   
   
   
   
   
   

Images