KR20210074457A - 자동제동 및 충격완화 기능을 갖는 전동식 자동 볼라드 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전동식 자동 볼라드 장치는, 지하에 매설되는 매립 케이스(10); 상기 매립 케이스(10) 내부 상으로 인출 가능하게 설계된 상태인 기동 케이스(20); 상기 매립 케이스(10)의 내부에 배치되는 구동모터부(30); 상기 기동 케이스(20)와 구동모터부(30)를 연결한 상태에서 상기 구동모터부(30)의 작동에 따라 회전구동함으로써 상기 기동 케이스(20)의 상하 구동을 가능하게 하는 볼 스크류(40); 상기 구동모터부(30) 상에 결합된 상태에서 상기 구동모터의 속도와 위치 제어 기능을 수행하는 제어 모듈(50); 및 상기 매립 케이스(10)의 하단 상에 배치된 충격 흡수 모듈(60)을 포함하고, 상기 볼 스크류(40)와 같은 기계식 제동방식을 도입하여 기동 케이스(20)의 상사 및 하사의 위치에서 안정적인 기동 케이스의 위치 고정을 실시한다.

Description

자동제동 및 충격완화 기능을 갖는 전동식 자동 볼라드 장치{Electric automatic bollard device with automatic braking and shock mitigation}

본 발명은 물리적인 보안시스템을 이루는 구성요소로서의 전기 구동식 자동볼라드에 관한 기술로서, 자동제동 및 충격완화 기능을 갖는 상태에서 내구성과 에너지 소비율 개선을 가능하게 한 전동식 자동 볼라드 장치 기술에 관한 것이다.

최근에 전세계적으로 빈번하게 발생하는 테러의 위협으로부터 국민의 생명과 공항, 발전소, 정유 공장 등 국가 주요 시설물 보호를 위해 방어용 또는 대테러용 상하이동형 자동 볼라드를 개발하여 적용하고 있다. 도로 상에서 말뚝 형태로 설치되어 인도 상의 보행자를 보호하거나 차량의 이동을 통제하는 수단으로 볼라드(bollard)라는 도로 시설물을 활용하고 있으며, 사용 목적에 따라 인도에 설치되는 고정형 볼라드에서부터 차량의 출입구에 설치되는 상하이동식 자동 볼라드에 이르기까지 다양한 기능과 형태의 통제 및 방어용 볼라드 장치가 사용되고 있다.

현재까지 전 세계적으로 개발되어 설치, 운용되고 있는 대부분의 자동식 볼라드는 유압 혹은 공압식으로 구동되는 시스템으로 설계, 제작되어 사용되고 있다.

상하이동형 자동 볼라드의 구동방식은 유압식(hydraulic), 공압식(pneumatic), 전기기계식(electromechanical) 등 다양한 방법으로 장치의 구동이 가능하나 현재까지는 유압구동 방식의 자동 볼라드를 설계, 제작하여 사용해 왔다.

차량통제를 위한 방어용 자동 볼라드의 주요 성능은 볼라드의 기동속도인 상하이동 속도이며, 상기 값은 볼라드의 하중, 볼스크류의 직경과 피치 및 구동모터의 토크와 회전수에 영향을 받게 된다.

사회적 환경의 변화로 인해 최근 미국, 영국, 독일 등 선진국에서는 국가의 주요시설물을 대상으로 외부의 침입에 대비하여 자동으로 작동하는 물리적 방어장치를 개발하여 주요 시설물 방어에 적용하고 있다. 그러나 국내에는 이러한 방어용 시설물의 개발 및 적용이 미진한 실정이며, 일부 수입되는 물리적 보안 장비에 의존하고 있는 실정이다.

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1550564 "외충격력을 흡수하는 상하이동식 자동볼라드" (2015.09.11.)

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 기존의 유압방식에 비해 다양한 장점이 있는 전동 모터의 회전수와 토크에 부가하여 볼스크류의 피치와 직경을 포함하는 구동 방식을 통해 자동 볼라드의 상하이동을 위한 구동장치를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명은 전동식 자동 볼라드 상에 기계식 제동방식을 도입하여 자동 볼라드를 이루는 볼라드 케이스의 상사 및 하사의 위치에서 볼라드 케이스의 정지를 위해 안정적으로 볼라드를 정해진 위치에 고정한다. 이와 같이, 안정적으로 볼라드를 정해진 위치에 고정하는 방식을 통해 볼라드의 구동에너지를 절약하고 장치의 내구성을 높이는데 기여하게 된다.

본 발명은 전동식 자동 볼라드의 하단부에 기계식 충격흡수 장치를 도입하여 볼라드 케이스가 하강하여 하사점에 도달시 중력 관성에 의해 볼라드 바닥에 충격을 가하는 과정을 통해 볼스크류에 충격을 주는 것을 방지함으로써 자동볼라드 시스템의 내구성을 높이게 한다. 이는 모터 및 볼라드 장치의 내구성에 영향을 미치므로 2차 보완장치로서 전동식 자동 볼라드의 하단부에 기계식 충격흡수 장치를 도입함으로써 자동볼라드 시스템의 내구성을 높이는 역할을 하게 된다.

본 발명은 전동식 자동 볼라드의 전기 공급장치에 이상이 발생할 경우에 기계식 제동장치의 해지를 통해 볼라드 케이스를 하사 위치로 하강시켜 차량의 출입에 방해가 없도록 하는 기능을 한다.

본 발명은 전기구동식 자동볼라드 상에 기계식 제동방식, 기계식 충격흡수 방식 및 기계식 제동장치의 해지 방식 등을 도입하여 제품의 내구성 향상, 제품구동에 필요한 전기에너지 소비효율 향상 및 긴급시 볼라드 케이스의 강제 해지를 통해 상품성 향상에 기여한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동식 자동 볼라드 장치는, 지하에 매설되는 매립 케이스(10); 상기 매립 케이스(10) 내부 상으로 인출 가능하게 설계된 상태인 기동 케이스(20); 상기 매립 케이스(10)의 내부에 배치되는 구동모터부(30); 상기 기동 케이스(20)와 구동모터부(30)를 연결한 상태에서 상기 구동모터부(30)의 작동에 따라 회전구동함으로써 상기 기동 케이스(20)의 상하 구동을 가능하게 하는 볼 스크류(40); 상기 구동모터부(30) 상에 결합된 상태에서 상기 구동모터의 속도와 위치 제어 기능을 수행하는 제어 모듈(50); 및 상기 매립 케이스(10)의 하단 상에 배치된 충격 흡수 모듈(60)을 포함하고, 상기 볼 스크류(40)와 같은 기계식 제동방식을 도입하여 기동 케이스(20)의 상사 및 하사의 위치에서 안정적인 기동 케이스의 위치 고정을 실시한다.

상기 매립 케이스(10)는 지중 공간의 하부 바닥 상에 배치되는 베이스 플레이트(11), 상기 베이스 플레이트(11) 상에서 소정의 원주를 따라 등간격으로 배치되는 복수의 스트러트(13), 상기 복수의 스트러트(13) 상단에 결합되는 마운팅 블럭(12)을 포함하고, 상기 마운팅 블럭(12) 상에는 볼 너트(42)가 배치되어 상기 볼 스크류(40)와 연동 구동한다.

상기 기동 케이스(20)는 상기 복수의 스트러트(13)를 따라 슬라이딩 운동 가능하도록 기능하는 케이스 하부판(22), 상기 케이스 하부판(22) 상에서 소정의 원주를 따라 등간격으로 배치되는 복수의 가이드 레일(23) 및 상기 복수의 가이드 레일(23) 상단에 고정 결합되는 케이스 상부판(21)을 포함한다.

상기 충격 흡수 모듈(60)은 상기 매립 케이스(10)의 내부 상에 배치되는 충격 흡수판(61) 및 상기 충격 흡수판(61)의 하단 상에 배치되는 충격 흡수 댐퍼(63)를 포함하고, 상기 충격 흡수 모듈(60)은 상기 베이스 플레이트(11)의 상단 가장자리를 따라 배치되는 복수의 탄성 스프링 구조체 형태이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 자동제동 및 충격완화 기능을 갖는 전동식 자동 볼라드 장치는 기존의 유압방식에 비해 다양한 장점이 있도록 기계식 제동, 해지 및 충격 방지 기능을 갖도록 설계함으로써 제품의 내구성 향상, 제품 구동에 필요한 전기에너지 소비효율 향상 및 긴급시 볼라드 케이스의 강제 해지를 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 자동 볼라드 장치의 상사 및 하사 위치를 보인다.
도 2는 본 발명에 따른 전동식 자동 볼라드 장치의 구성을 보이는 일 방향에서의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전동식 자동 볼라드 장치의 구성을 보이는 다른 방향에서의 사시도이다.
도 4는 매립 케이스의 상부 상에 배치된 구동모터부, 볼 스크류, 제어 모듈 간의 구조를 보인다.
도 5는 매립 케이스의 하부 상에 배치된 충격 흡수 모듈 구성을 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 자동 볼라드 장치의 상사 및 하사 위치를 보인다. 도 2는 본 발명에 따른 전동식 자동 볼라드 장치의 구성을 보이는 일 방향에서의 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 전동식 자동 볼라드 장치의 구성을 보이는 다른 방향에서의 사시도이다. 도 4는 매립 케이스의 상부 상에 배치된 구동모터부, 볼 스크류, 제어 모듈 간의 구조를 보인다. 도 5는 매립 케이스의 하부 상에 배치된 충격 흡수 모듈 구성을 보인다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동제동 및 충격완화 기능을 갖는 전동식 자동 볼라드 장치에 대해 설명한다.

본 발명에서는 전동식 자동 볼라드의 상하운동을 위하여 전기적인 방식을 채용한 BLDC형 구동모터, BLDC형 구동모터를 통해 기계적인 방식으로 회전하는 볼스크류 및 볼스크류와 기계적으로 연결된 상태에서 상하 구동을 하는 볼라드 케이스를 포함한 상태에서 자동제동 및 충격완화 기능을 수행하게 한다.

전동식 자동 볼라드 장치(100)는 지하에 매설되는 매립 케이스(10), 상기 매립 케이스(10) 내부 상으로 인출 가능하게 설계된 상태인 기동 케이스(20), 매립 케이스(10)의 내부 상단에 배치되는 구동모터부(30), 기동 케이스(20)와 구동모터부(30)를 연결한 상태에서 구동모터부(30)의 작동에 따라 회전구동함으로써 기동 케이스(20)의 상하 구동을 가능하게 하는 볼 스크류(40), 구동모터부(30) 상에 결합된 상태에서 상기 구동모터의 속도 제어 기능, 위치제어 기능과, 원격제어 기능을 탑재한 제어 모듈(50) 및 매립 케이스(10)의 하단 상에 배치된 충격 흡수 모듈(60)을 포함한다.

매립 케이스(10)는 지중 공간의 하부 바닥 상에 배치되는 베이스 플레이트(11), 베이스 플레이트(11) 상에서 소정의 원주를 따라 등간격으로 배치되는 복수의 스트러트(13), 복수의 스트러트(13) 상단에 결합되는 마운팅 블럭(12)을 포함한다. 마운팅 블럭(12) 상에는 볼 너트(42)가 배치된다.

기동 케이스(20)는 기동 케이스(20)의 하부를 이루는 동시에 복수의 스트러트(13)를 따라 슬라이딩 운동 가능하도록 기능하는 케이스 하부판(22), 케이스 하부판(22) 상에서 소정의 원주를 따라 등간격으로 배치되는 복수의 가이드 레일(23) 및 복수의 가이드 레일(23) 상단에 고정 결합되는 케이스 상부판(21)을 포함한다.

상기 기동 케이스(20)는 매립 케이스(10)의 내부에 수용 가능하게 결합된 상태에서 구동모터부의 구동에 따라 상하이동을 수행하는 기동 실린더(moving cylinder) 기능을 한다.

기동 케이스의 기동 속도와 이동 방향은 BLDC 모터인 구동모터부의 회전 속도와 회전 방향에 의해 제어된다. 기동 케이스의 상사점과 하사점의 위치제어는 기동 케이스의 상하단에 각각 설치된 위치제어 식별자에 대한 감지를 제어 모듈을 통해 수행하는 방식을 통해 가능하게 한다. 또한, 볼 스크류에 의한 기계식 제동장치를 이용하여 기동 케이스를 상하 정지위치에 안정적으로 고정하게 된다. 즉, 제어 모듈과 구동모터부를 통해 볼 스크류의 회전을 제어함으로써 기동 케이스의 상사점과 하사점 위치에서 기계적인 제동을 실시한다.

여기에서, 자동 볼라드 장치의 주요 성능인자인 기동 케이스 상하이동속도는 기동 케이스의 무게와. 볼 스크류의 직경과 피치와, 구동 모터의 토크와 회전수에 의해 결정된다.

BLDC형 구동모터에 의해 작동되는 전동식 자동 볼라드 장치의 상하 이동 시간과 상승높이의 제어는 방어용 장치의 매우 중요한 성능지표인바, 하기의 이론식으로 예측한다.

볼라드의 이송속도(υ)는 하기의 수학식 1로 유도된다.

여기서 l 은 볼나사의 리드(mm), N 는 구동모터의 회전수(rpm)이다.

볼 스크류 축의 토크(τ)는 하기의 수학식 2로 유도된다.

여기서 F 는 축방향의 하중(kgf), ηme는 볼나사의 기계적 효율이다.

볼나사의 리드각(λ)은 하기의 수학식 3으로 유도된다.

여기서 d 는 볼나사의 직경(mm)이다.

볼나사 가속도(α)는 하기의 수학식 4로 유도된다.

위의 수학식 1~4를 이용하여 볼라드 기구의 상하 운동 시간을 산출할 수 있다.

상승 및 하강운동 소요시간(tu, td)은 하기의 수학식 5,6 으로 유도된다.

여기서, s는 볼라드의 기동거리(m)이다.

볼스크류(40)는 그 상단이 케이스 상부판(21)의 하부단에 결합된 상태에서 볼 너트(42)에 회전 가능하게 결합한다. 즉, BLDC형 구동모터를 통한 볼스크류의 회전에 따라 상대적으로 볼 너트(42) 및 마운팅 블럭(12)이 볼스크류(40)를 따라 상하부 방향으로 이동한다. 여기에서, 볼스크류(40)의 상단은 케이스 상부판(21) 상에 베어링 결합 구조를 통해 체결됨으로써 상기 볼스크류의 제자리 회전을 연속적으로 가능하게 한다.

제어 모듈(50)은 구동모터부의 상부에 설치되어 있으며 주요 제어기능으로 모터의 속도 및 위치제어 그리고 원격 구동이 가능하도록 원격제어 기능을 탑재한다.

충격 흡수 모듈(60)은 매립 케이스(10)의 하단 상에 배치되는 것으로서, 기동 케이스(20)가 하강하는 경우에 케이스 하부판(22)이 매립 케이스(10)의 하단에 가해지는 충격을 방지하는 기능을 한다. 구체적으로, 충격 흡수 모듈(60)은 충격 흡수판(61) 및 충격 흡수판(61)의 하단 상에 배치되는 충격 흡수 댐퍼(63)를 포함한다. 상기 충격 흡수 모듈(60)은 일예를 들어 베이스 플레이트(11)의 상단 가장자리를 따라 배치되는 복수의 탄성 스프링 구조체 형태를 채용하는 것일 수 있다.

본 발명은 전동식 자동 볼라드 상에 기계식 제동방식을 도입하여 자동 볼라드를 이루는 볼라드 케이스의 상사 및 하사의 위치에서 볼라드 케이스의 정지를 위해 안정적으로 볼라드를 정해진 위치에 고정한다. 이와 같이, 안정적으로 볼라드를 정해진 위치에 고정하는 방식을 통해 볼라드의 구동에너지를 절약하고 장치의 내구성을 높이는데 기여하게 된다.

본 발명은 전동식 자동 볼라드의 하단부에 기계식 충격흡수 장치를 도입하여 볼라드 케이스가 하강하여 하사점에 도달시 중력 관성에 의해 볼라드 바닥에 충격을 가하는 과정을 통해 볼스크류에 충격을 주는 것을 방지함으로써 자동볼라드 시스템의 내구성을 높이게 한다. 이는 모터 및 볼라드 장치의 내구성에 영향을 미치므로 2차 보완장치로서 전동식 자동 볼라드의 하단부에 기계식 충격흡수 장치를 도입함으로써 자동볼라드 시스템의 내구성을 높이는 역할을 하게 된다.

본 발명은 전동식 자동 볼라드의 전기 공급장치에 이상이 발생할 경우에 기계식 제동장치의 해지를 통해 볼라드 케이스를 하사 위치로 하강시켜 차량의 출입에 방해가 없도록 하는 기능을 한다.

본 발명은 전기구동식 자동볼라드 상에 기계식 제동방식, 기계식 충격흡수 방식 및 기계식 제동장치의 해지 방식 등을 도입하여 제품의 내구성 향상, 제품구동에 필요한 전기에너지 소비효율 향상 및 긴급시 볼라드 케이스의 강제 해지를 통해 상품성 향상에 기여한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 지하에 매설되는 매립 케이스(10);
   상기 매립 케이스(10) 내부 상으로 인출 가능하게 설계된 상태인 기동 케이스(20);
   상기 매립 케이스(10)의 내부에 배치되는 구동모터부(30);
   상기 기동 케이스(20)와 구동모터부(30)를 연결한 상태에서 상기 구동모터부(30)의 작동에 따라 회전구동함으로써 상기 기동 케이스(20)의 상하 구동을 가능하게 하는 볼 스크류(40),
   상기 구동모터부(30) 상에 결합된 상태에서 상기 구동모터의 속도와 위치 제어 기능을 수행하는 제어 모듈(50); 및
   상기 매립 케이스(10)의 하단 상에 배치된 충격 흡수 모듈(60)을 포함하고,
   상기 볼 스크류(40)와 같은 기계식 제동방식을 도입하여 기동 케이스(20)의 상사 및 하사의 위치에서 안정적인 기동 케이스의 위치 고정을 실시하는,
   전동식 자동 볼라드 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 매립 케이스(10)는 지중 공간의 하부 바닥 상에 배치되는 베이스 플레이트(11), 상기 베이스 플레이트(11) 상에서 소정의 원주를 따라 등간격으로 배치되는 복수의 스트러트(13), 상기 복수의 스트러트(13) 상단에 결합되는 마운팅 블럭(12)을 포함하고, 상기 마운팅 블럭(12) 상에는 볼 너트(42)가 배치되어 상기 볼 스크류(40)와 연동 구동하는,
   전동식 자동 볼라드 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 기동 케이스(20)는 상기 복수의 스트러트(13)를 따라 슬라이딩 운동 가능하도록 기능하는 케이스 하부판(22), 상기 케이스 하부판(22) 상에서 소정의 원주를 따라 등간격으로 배치되는 복수의 가이드 레일(23) 및 상기 복수의 가이드 레일(23) 상단에 고정 결합되는 케이스 상부판(21)을 포함하는,
   전동식 자동 볼라드 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 충격 흡수 모듈(60)은 상기 매립 케이스(10)의 내부 상에 배치되는 충격 흡수판(61) 및 상기 충격 흡수판(61)의 하단 상에 배치되는 충격 흡수 댐퍼(63)를 포함하고, 상기 충격 흡수 모듈(60)은 상기 베이스 플레이트(11)의 상단 가장자리를 따라 배치되는 복수의 탄성 스프링 구조체 형태인,
   전동식 자동 볼라드 장치.

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