KR101009465B1 - 할바흐 배열을 이용한 자기 부상 시스템 및 자기 부상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 자기 부상 시스템은 전력 소비를 최소화하면서도 안정적인 추진력 및 부상력을 제공할 수 있도록 지상에 고정된 노반의 상면에 설치된 도체판과, 상기 노반의 한면에 부착되며 복수개의 홈을 갖는 지상측 전자석과, 상기 노반 상에서 이동 가능하게 설치된 대차에 고정되고 상기 도체판과 마주하도록 설치되며 할바흐 배열(halbach array)을 갖는 영구자석 모듈, 및 상기 대차에 고정되며 상기 지상측 전자석과 마주하도록 설치된 차량측 전자석을 포함한다.

또한, 본 발명의 자기 부상 방법은 대차에 고정된 할바흐 배열을 갖는 영구자석 모듈과 궤도에 설치된 도체판이 서로 마주하도록 설치되고 영구자석 모듈과 도체판 사이에 상기 영구자석 모듈의 자기력을 감소시키는 차단판이 설치된 상태에서, 보조 차륜을 이용하여 제1 속도로 이동하는 단계와, 보조 차륜을 이용하여 제1 속도보다 더 빠른 제2 속도로 이동하는 단계와, 차단판을 영구자석 모듈과 도체판 사이에서 이탈시키는 단계; 및 보조 차륜을 상승시켜서 부상하여 이동하는 단계를 포함한다.

자기 부상, 열차, 할바흐 배열, 도체판, 차단판

Description

할바흐 배열을 이용한 자기 부상 시스템 및 자기 부상 방법{MAGNETIC LEVITATION SYSTEM AND MAGNETIC LEVITATION METHOD USING HALBACH ARRAY}

본 발명은 자기 부상 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 할바흐 배열을 갖는 영구자석 모듈을 포함하는 자기 부상 시스템에 관한 것이다.

자기 부상 열차는 전기 자기력을 이용하여, 궤도로부터 일정한 높이로 부상하여 추진하는 열차를 말한다. 자기 부상 열차는 궤도 상에서 부상 및 추진하는 대차와, 대차에 탑재되어 객차 또는 화차를 형성하는 차량 바디를 포함한다.

자기 부상 열차는 대차와 궤도 사이에서 전자석에 의한 인력 또는 반발력을 응용하여, 대차를 궤도로부터 이격시킨 상태로 추진한다. 이와 같이 자기 부상 열차는 궤도와 비접촉 상태로 추진하므로 소음 및 진동이 적고 고속 추진이 가능하다.

자기 부상 열차의 부상 방법에는 자석의 인력을 이용하는 흡인식과, 자석의 반발력을 이용하는 반발식이 있다.

또한, 자기 부상 열차의 부상 방법에는 전자석의 원리에 따라, 초전도 방식과 상전도 방식이 있다. 초전도 방식은 전기 저항이 없고 강한 자력을 얻을 수 있 으므로 고속 열차에 적용하고, 상전도 방식은 중속도의 중단거리용 열차에 적용하고 있다.

반발식에는 같은 극의 영구자석 간에 작용하는 반발력을 이용하는 영구자석 반발식과, 차량에 부착된 자석의 운동으로 유도된 지상 코일의 유도전류에 의한 자장의 반발력으로 부상시키는 유도 반발식이 있으며, 일반적으로 흡인식보다는 반발식이 제어가 쉽고, 흡인식은 정지 시와 저속에서도 부상이 가능하다는 장점이 있다.

특히, 유도 반발식은 하중의 변화에 민감하지 않으며 초고속에 적합한데, 차량의 자석은 초전도 자석을 사용하고, 초전도를 위해서 극저온이 요구되므로 고가의 설치비가 요구되는 단점이 있다.

이와 같이 고속의 자기 부상방식은 대표적으로 독일에서는 상전도 흡인식을 이용하여 연구가 진행되고 있으며, 일본에서는 초전도 반발식을 기본으로 하여 연구가 진행되고 있다.

흡인식이나 반발식 모두 전자석을 이용하여 부상력을 발생시키고 있는데, 원하는 부상력을 얻기 위해서는 전자석의 부피가 커야 하고, 이에 따라 전력의 소모가 크다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전력 소비가 적으면서도 안정적인 부상력 및 추진력을 제공할 수 있는 자기 부상 시스템 및 자기 부상 방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 할바흐 배열을 이용함에 있어서 저항력을 최소화할 수 있는 자기 부상 시스템 및 자기 부상 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기 부상 시스템은 지상에 고정된 노반의 상면에 설치된 도체판과, 상기 노반의 한면에 부착되며 복수개의 홈을 갖는 지상측 전자석과, 상기 노반 상에서 이동 가능하게 설치된 대차에 고정되고 상기 도체판과 마주하도록 설치되며 할바흐 배열(halbach array)을 갖는 영구자석 모듈, 및 상기 대차에 고정되며 상기 지상측 전자석과 마주하도록 설치된 차량측 전자석을 포함한다.

상기 도체판은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있으며, 상기 영구자석 모듈은 상기 대차에 승강부재를 매개로 고정될 수 있다.

상기 자기 부상 시스템은 상기 영구자석 모듈과 상기 도체판 사이에서 이동 가능하게 설치되어 상기 영구자석 모듈의 자기력을 감소시키는 차단판을 더 포함할 수 있으며, 상기 차단판은 제1 속도로 이동할 때에는 상기 영구자석 모듈과 상기 도체판 사이에 위치하며, 상기 제1 속도 보다 더 빠른 제2 속도로 이동할 때에는 상기 영구자석 모듈과 상기 도체판 사이에서 이탈될 수 있다.

또한, 상기 차단판은 이송부재를 매개로 상기 대차에 고정될 수 있으며, 상기 이송부재는 복수 개의 지지부들과 상기 지지부들의 길이를 조절하는 암길이 조절부재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 암길이 조절부재는 유압 실린더로 이루어질 수 있다.

상기 대차에는 상기 영구자석 모듈과 상기 도체판 사이에서 이탈된 차단판을 고정하는 차단판 지지부가 설치될 수 있으며, 상기 차단판 지지부는 상기 차단판의 하면에 밀착되는 걸림턱을 포함할 수 있다.

상기 지상측 코어의 홈에는 사행형상으로 코일이 삽입 설치되며, 3개의 코일이 상기 홈들에 교대로 삽입 설치될 수 있으며, 상기 차량측 전자석은 돌기로 이루어진 코어들과 상기 코어들에 감겨진 코일을 포함할 수 있다.

상기 차량에는 보조 차륜이 설치될 수 있으며, 상기 영구자석 모듈은 부상력을 제공하고, 상기 지상측 전자석과 상기 차량측 전자석은 부상력과 추진력을 제공할 수 있다.

상기 대차는 승객 또는 화물이 수납되는 차체와 맞닿아 상기 차체를 지지하는 지지판과 상기 지지판의 양 측단에서 지상을 향하여 돌출된 가이드부와 상기 가이드부의 하단에서 마주하는 상기 가이드부를 향하여 내측으로 돌출된 하부 돌기를 포함할 수 있으며, 상기 영구자석 모듈은 상기 지지판의 하면에 설치되고, 상기 차량측 전자석은 상기 하부 돌기의 상면에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기 부상 방법은 대차에 고정된 할바흐 배열을 갖는 영구자석 모듈과 궤도에 설치된 도체판이 서로 마주하도록 설치되고 영구자석 모듈과 도체판 사이에 상기 영구자석 모듈의 자기력을 감소시키는 차단판이 설치된 상태에서, 보조 차륜을 이용하여 제1 속도로 이동하는 단계와, 보조 차륜을 이용하여 제1 속도보다 더 빠른 제2 속도로 이동하는 단계와, 차단판을 영구자석 모듈과 도체판 사이에서 이탈시키는 단계, 및 보조 차륜을 상승시켜서 부상하여 이동하는 단계를 포함한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 부상 열차용 대차는 할바흐 배열을 갖는 영구자석 모듈로 부상력을 발생시킴으로써 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 또한, 영구자석 모듈과 차량측 전자석 모두를 통해서 부상력을 발생시킴으로써 대차와 노반 사이의 갭을 크게 하여 안정적인 수행을 수행할 수 있다.

또한, 저속 이동 시에는 차단판을 설치하여 영구자석 모듈과 도체판 사이에 작용하는 저항력을 최소화함으로써 저속 이동 시에도 양호한 추진력을 얻을 수 있다.

또한, 영구자석 모듈이 승강부재를 매개로 대차에 고정됨으로써 저속 이동 시에는 영구자석 모듈을 상승시켜서 영구자석 모듈과 차단판 사이에 형성된 저항력을 최소화할 수 있으며, 영구자석 모듈을 이동시킴으로써 갭을 제어할 수도 있다.

또한, 지상측 전자석에 홈을 형성하여 선형 동기 모터를 구현함으로써 지상측 전자석과 차량측 전자석으로 강한 추진력을 얻어서 고속 주행이 가능하며, 안정 적인 부상력을 제공할 수 있다.

또한, 차량측 전자석의 제어를 통해서 대차와 노반 사이의 갭을 정밀하게 제어할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 부상 시스템의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기 부상 시스템은 대차(110)와 차체(150), 및 대차가 이동하는 궤도(131)를 포함한다. 대차(110)는 부상 작동과 추진 작동하며, 객차 또는 화차를 형성하는 차체(150)를 탑재한다. 차체(150)는 승객이 탑승하거나 화물이 수납되는 공간을 구비하며 복수 개가 이어진 열차 형태로 이루어지거나, 하나의 차체로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 대차와 궤도를 도시한 부분 절개 사시도이고 도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 대차는 대차(110)는 궤도(131) 상에 놓이거나 궤도(131)로부터 부상한다.

궤도(131)는 일방향으로 길게 이어져 형성되며, 상면에 형성된 노반(131a)과 노반(131a)의 아래에 배치되어 지면으로부터 노반(131a)을 지지하는 기둥(131b)을 포함한다.

노반(131a)의 상면에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 도체판(132)이 설치되며, 노반의 하면에는 복수 개의 홈(135a)이 형성된 지상측 전자석(135)이 설치된다. 도체판(132) 및 지상측 전자석(135)은 궤도(131)의 길이 방향으로 이어져 형성된다.

본 실시예에서는 도체판(132)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 도체판(132)은 다양한 재질의 금속으로 이루어질 수 있다.

대차(110)는 차체(150)와 맞닿아 차체를 지지하는 지지판(112)과 지지판(112)의 양 측단에서 지상을 향하여 수직으로 돌출된 가이드부(114)와 가이드부(114)의 하단에서 마주하는 가이드부(114)를 향하여 내측으로 돌출된 하부 돌기(116)을 포함한다. 따라서 하부 돌기(116)는 서로를 향하여 돌출되도록 형성되며, 돌기 사이에 기둥(131b)이 위치한다. 대차(110)는 지지판(112)과 하부 돌기(116) 사이에 노반(131a)의 양쪽 가장자리가 삽입되도록 노반(131a) 위에 설치된다.

하부 돌기의 상면에는 지상측 전자석(135)과 마주하도록 차량측 전자석들(140)이 설치되는데, 차량측 전자석(140)은 하부 돌기(116)에서 돌출된 차량측 코어들(141)과 차량측 코어들(141)의 외주를 감싸는 차량측 코일(145)을 포함한다.

지지판(112)의 하면 양쪽 가장자리에는 도체판(132)과 대향하도록 영구자석 모듈(120)이 설치되는데, 영구자석 모듈(120)은 할바흐 배열(Halbach array)을 갖는다. 할바흐 배열은 1979년 Klaus Halbach에 의하여 처음 제안된 것으로서, 복수 개의 영구자석 조각을 조합하여 모터 시스템에서 요구되는 자계분포를 발생시킨다. 할바흐 배열은 일군의 영구자석들의 제1 방향으로 대략 180°만큼 회전하게 배치되며, 이와 이웃하는 다른 군의 영구자석들은 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 자화방향이 대략 180° 만큼 회전하게 배치된다. 여기서 제1 방향이 시계 방향일 경우, 제2 방향은 반시계 방향이 되며, 제1 방향이 반시계 방향일 경우, 제2 방향은 시계 방향이 된다.

도 4에서 화살표는 자화방향 벡터를 나타내는데, 제1 군(121)에서는 영구자석의 자화방향이 반시계방향으로 회전도록 방향지어지며, 제2 군(123)에서는 영구자석의 자화방향이 시계방향으로 회전하도록 방향지어진다. 제1 군(121)과 제2 군(123)의 자화방향은 서로 상이하지만, 모두 자화방향이 위에서 아래로 변하도록 설정된다. 따라서 위쪽으로 나가는 자기력선은 멀리 퍼지지 못하고 설정된 자화방향을 따라서 이동한다.

이러한 영구자석 모듈(120)은 자화방향이 일정하게 형성된 영구자석을 여러 조각으로 나눈 후, 이들을 결합하여 형성될 수 있다.

이러한 자화방향 배열로 인하여 영구자석 모듈(120)은 상부에 형성되는 자기장의 세기를 최소화하면서 하부에 형성되는 자기장의 세기를 극대화할 수 있다. 따라서 영구자석 모듈(120)의 자기장은 아래 쪽 방향으로 집중되어 기존의 영구자석보다 더 큰 부상력을 얻을 수 있다.

또한, 할바흐 배열을 이용하여 계자를 구성하는 경우, 폐자로를 구성하기 위한 별도의 철심이 필요 없고, 영구자석만으로 구성하므로 철심에서의 철손이 전혀 없다.

영구자석 모듈(120)이 궤도의 길이 방향으로 이동하면 페러데이(Faraday) 법칙에 의하여 전기장이 유도되며, 유도된 전기장으로 인하여 도체판(132)에는 전류가 발생한다. 즉, 영구자석 모듈(120)이 움직이는 방향으로 자석의 자계의 변화를 방해하려는 기전력이 형성되고, 이 기전력은 도체판(132)에 와전류(eddy current)를 발생시킨다. 와전류의 세기는 도체판(132)의 도전율, 영구자석 모듈(120)의 이동 속도 및 법선방향의 자속밀도의 크기에 비례한다. 와전류가 발생하면 로렌쯔(Lorentz)의 힘이라는 자기력이 생성되며 이 자기력의 수직방향 성분이 부상력으로 작용한다.

로렌쯔 힘에 의하여 부상력이 발생할 뿐만 아니라 저항력도 발생하는데, 저항력(drag-force)이라 함은 대차(110)의 추진 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘을 말한다. 저항력은 저속에서는 크지만, 속도가 증가하면 점점 감소하는 반면 부상력은 속도가 증가할 수록 더욱 커진다. 따라서 저속에서 영구자석 모듈(120)이 도체판(132)과 작용하면 저항력에 의하여 추진력이 감소하고 대차(110)를 고속으로 추진하기 어려운 문제가 발생한다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에서는 이러한 문제를 해결하 기 위하여 도체판(132)과 영구자석 모듈(120) 사이에 차단판(160)을 설치하였으며, 차단판(160)이 대차에 대하여 이송부재(180)를 매개로 지지되도록 하였다. 차단판(180)은 금속판 또는 기타 자기력을 차단할 수 있는 다양한 소재로 이루어질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 저속(제1 속도)으로 이동할 때에는 보조 레일(175) 상에 보조 차륜(170)이 착지하여 이동하게 되는데, 이 때에는 영구자석 모듈(120)과 도체판(132) 사이에 차단판(160)이 위치하도록 하여 영구자석 모듈(120)에 의한 저항력을 최소화하였다. 바람직하게는 차단판(160)이 자력에 의하여 영구자석 모듈(120)의 하면에 부착될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 저속(제1 속도)보다 더 빠른 속도인 고속(제2 속도)으로 이동할 때에는 이송부재(180)가 차단판(160)을 영구자석 모듈(120)과 도체판(132) 사이에서 이탈시켜서 영구자석 모듈(120)에 의하여 부상력이 발생할 수 있도록 하였다.

따라서 고속 이동 시에는 최초에는 차량측 전자석(140)과 지상측 전자석(135)에 의하여 부상력이 발생하지만, 속도가 증가함에 따라 차단판(160)을 제거하면 영구자석 모듈(120)과 도체판(132) 사이의 부상력을 더욱 이용할 수 있게 된다.

이송 부재(180)는 이를 위하여 대차(110)에 고정된 제1 지지부(181)와 제1 지지부(181)에 고정되어 차단판(160)을 지지하는 제2 지지부(185)를 포함한다. 제1 지지부(181)에는 제1 암길이 조절부재(181a)가 설치되고, 제2 지지부(185)에는 제2 암길이 조절부재(185a)가 설치된다. 이러한 암길이 조절부재들(181a, 185a)은 유압 실린더 등으로 이루어질 수 있으며, 지지부들(181, 185)의 길이를 조절하는 역할을 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 제1 암길이 조절부재(181a)와 제2 암길이 조절부재(185a)를 신장(伸張)시키면 차단판(160)이 영구자석 모듈(120)의 하면에 설치될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 암길이 조절부재(181a)와 제2 암길이 조절부재(185a)를 축소시키면 차단판(160)을 영구자석 모듈(120)에서 이탈시켜서 지지판(112)의 아래로 이동시킬 수 있다.

한편, 지지판(112)에는 차단판 지지부(162)가 설치되는데, 차단판 지지부(162)는 걸림 턱을 구비하여 영구자석 모듈(120)에서 분리된 차단판(160)의 일측 단부를 고정한다. 걸림 턱은 차단판(160)에서 이송부재(180)와 연결된 단부의 맞은편 단부 하면에 밀착되어 차단판(160)을 고정한다. 이에 따라 운행 중에 차단판(160)이 흔들리거나 이동하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예와 같은 자기 부상 시스템을 이용하여 자기 부상을 수행하는 방법에 대해서 설명하면, 먼저 할바흐 배열을 갖는 영구자석 모듈(120)과 도체판(132)이 서로 마주하도록 설치되고 영구자석 모듈(120)과 도체판(132) 사이에 차단판(160)이 설치된 상태에서 보조 차륜(170)을 이용하여 저속(제1 속도)으로 이동하는 단계와 보조 차륜(170)을 이용하여 저속보다 더 빠른 고속(제2 속도)으로 이동하는 단계와 차단판(160)을 영구자석 모듈(120)과 도체판(132) 사이에서 이탈시키는 단계, 및 보조 차륜(170)을 상승시켜서 부상하여 이동하는 단계를 포함한다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 할바흐 배열을 갖는 영구자석 모듈(120)을 이 용하여 부상력을 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 종래의 자기 부상 시스템에 비하여 부상을 위한 전력 소비를 현저히 감소시킬 수 있다.

또한, 저속 이동 시에 영구자석 모듈과 금속 판 사이에 작용하는 저항력을 최소화함으로써 저속 이동 시에도 양호한 추진력을 얻을 수 있다.

본 실시예에서는 영구자석 모듈(120)이 16 요소의 할바흐 배열로 이루어진 것으로 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 지상에 설치된 지상측 전자석(135)과 차량측 전자석(140)은 서로 대향하도록 배치되는데, 지상측 전자석(135)과 차량측 전자석(140)의 작용으로 부상력 및 추진력이 발생한다.

지상측 전자석(135)은 홈(135a)을 갖는 선형 동기 모터(linear synchronous motor)로 이루어지는데, 도 5에 도시된 바와 같이 지상측 전자석(135)의 홈(135a)에는 코일(160)이 사행 형상으로 설치된다. 도 5에 도시된 바와 같이 지상측 전자석에는 3개의 코일들(161, 162, 163)이 설치되는데, 3개의 코일들(161, 162, 163)은 서로 번갈아 홈(135a)에 삽입되며, 사행 형상을 이룬다. 이와 같은 구조로 코일들(161, 162, 163)을 설치하면 긴 거리에 코일들(161, 162, 163)을 용이하게 설치할 수 있다.

지상측 전자석(135)은 돌출된 부분으로 집중된 자력이 인접한 차량측 전자석(140)을 끌어 당기는 바, 이에 따라 흡인력과 추진력이 발생한다.

흡인력으로는 부상을 유지할 뿐만 아니라, 부상력을 제어하여 노반(131a)과 대차(110) 사이의 간격을 제어한다. 이에 따라, 차량측 전자석(140)에서 소모되는 전력을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 갭을 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 영구자석 모듈(120)의 부상력과 차량측 전자석(140)의 부상력을 모두 이용함으로써 대차와 노반의 갭을 더욱 크게 형성하여 종래에 비하여 안정적인 주행을 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 부상 시스템을 도시한 단면도이다.

도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기 부상 열차는 대차(210)와 차체(250)를 포함한다. 대차(210)는 부상 작동과 추진 작동을 하며, 객차 또는 화차를 형성하는 차체(250)를 탑재한다.

궤도(231)는 일방향으로 길게 이어져 형성되며, 상면에 형성된 노반(231a)과 노반(231a)의 아래에 배치되어 지면으로부터 노반(231a)을 지지하는 기둥(231b)을 포함한다.

노반(231a)의 상면에는 도체판(232)이 설치되며, 노반(231a)의 하면에는 복수 개의 홈이 형성된 지상측 전자석(235)이 설치되는 바, 도체판(232) 및 지상측 전자석(235)은 노반의 길이 방향으로 이어져 형성된다.

대차(210)는 차체(250)와 맞닿아 차체를 지지하는 지지판(212)과 지지판(212)의 양 측단에서 지상을 향하여 수직으로 돌출된 가이드부(214)와 가이드부(214)의 하단에서 기둥(231b)의 중심을 향하여 돌출된 하부 돌기(216)를 포함한다. 대차(210)는 지지판(212)과 하부 돌기(216) 사이에 노반(231a)의 양쪽 가장자리가 삽입되도록 노반(231a) 위에 설치된다.

하부 돌기(216)의 상면에는 지상측 전자석(235)과 마주하도록 차량측 전자석들(240)이 설치되는데, 차량측 전자석(240)은 차량측 코어들(241)과 차량측 코어(241)들의 외주를 감싸는 차량측 코일(245)을 포함한다.

지지판(212)의 하면에는 도체판(232)과 대향하도록 영구자석 모듈(220)이 설치되는데, 영구자석 모듈(220)은 할바흐 배열(Halbach array)을 갖는다. 영구자석 모듈(220)은 지지판(212)에 대하여 승강부재(260)를 매개로 설치되는 바, 승강부재(260)는 유압 실린더 등으로 이루어지며 영구자석 모듈(220)과 도체판(232) 사이의 간격을 조절하는 역할을 한다. 승강부재(260)로 영구자석 모듈(220)을 상승시키면 부상력을 감소되고 대차(210)에 고정 설치된 보조 차륜(270)에 의하여 대차(210)가 이동하도록 할 수 있다.

또한, 승강부재(260)를 이용하여 영구자석 모듈(220)과 도체판(232) 사이의 간격을 조절함으로써 대차(210)와 궤도(231) 사이의 갭을 용이하게 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 승강부재(260)가 영구자석 모듈(220)을 상하방향으로 이동시키는 것으로 예시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 본 실시예에 따른 승강부재는 영구자석 모듈(220)을 좌우방향으로 이동시킬 수도 있다.

또한, 저속 이동 시에는 승강부재(260)가 영구자석 모듈(220)을 상승시켜서 영구자석 모듈(220)과 도체판(232) 사이에 작용하는 저항력을 최소화할 수 있으며, 고속 이동 시에는 승강부재(260)가 영구자석 모듈(220)을 하강시켜서 영구자석 모듈(220)과 도체판(232) 사이에 강한 부상력이 작용하도록 할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 부상 시스템을 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 부상 시스템을 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 부상 시스템의 대차와 궤도를 도시한 부분 절개 사시도이다.

도 4는 도 3에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량측 전자석을 도시한 평면도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 부상 시스템을 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 참조부호의 설명>

110: 대차 112: 지지판

114: 가이드부 114: 가이드부

116: 하부 돌기 120: 영구자석 모듈

131: 궤도 131a: 노반

131b: 기둥 132: 도체판

135: 지상측 전자석 135a: 홈

140: 차량측 전자석 141: 차량측 코어

145: 차량측 코일 150: 차체

170: 보조 차륜 160: 차단판

180: 이송부재 260: 승강부재

Claims (17)

1. 지상에 고정된 궤도의 상면에 설치된 도체판;

   상기 궤도의 하면에 부착되며 복수개의 홈을 갖는 지상측 전자석;

   상기 궤도 상에서 이동 가능하게 설치된 대차에 고정되고 상기 도체판과 마주하도록 설치되며 할바흐 배열(halbach array)을 갖는 영구자석 모듈; 및

   상기 대차에 고정되며 상기 지상측 전자석과 마주하도록 설치된 차량측 전자석;

   을 포함하고

   상기 홈은 상기 지상측 전자석의 하면에서 상기 지상측 전자석의 길이 방향으로 이격 배열된 자기 부상 시스템.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 도체판은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 자기 부상 시스템.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 영구자석 모듈은 상기 대차에 승강부재를 매개로 고정된 자기 부상 시스템.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 영구자석 모듈과 상기 도체판 사이에서 이동 가능하게 설치되어 상기 영구자석 모듈의 자기력을 감소시키는 차단판을 포함하는 자기 부상 시스템.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 차단판은 제1 속도로 이동할 때에는 상기 영구자석 모듈과 상기 도체판 사이에 위치하며, 상기 제1 속도 보다 더 빠른 제2 속도로 이동할 때에는 상기 영구자석 모듈과 상기 도체판 사이에서 이탈되는 자기 부상 시스템.
6. 제4 항에 있어서,

   상기 차단판은 이송부재를 매개로 상기 대차에 고정된 자기 부상 시스템.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 이송부재는 복수 개의 지지부들과 상기 지지부들의 길이를 조절하는 암길이 조절부재를 포함하는 자기 부상 시스템.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 암길이 조절부재는 유압 실린더로 이루어진 자기 부상 시스템.
9. 제4 항에 있어서,

   상기 대차에는 상기 영구자석 모듈과 상기 도체판 사이에서 이탈된 차단판을 고정하는 차단판 지지부가 설치된 자기 부상 시스템.
10. 제9 항에 있어서,

    상기 차단판 지지부는 상기 차단판의 하면에 밀착되는 걸림턱을 포함하는 자기 부상 시스템.
11. 제1 항에 있어서,

    상기 지상측 전자석의 홈에는 사행형상으로 코일이 삽입 설치되며, 3개의 코일이 상기 홈들에 교대로 삽입 설치된 자기 부상 시스템.
12. 제1 항에 있어서,

    상기 차량측 전자석은 돌기로 이루어진 코어들과 상기 코어들에 감겨진 코일을 포함하는 자기 부상 시스템.
13. 제1 항에 있어서,

    상기 차량에는 보조 차륜이 설치된 자기 부상 시스템.
14. 제1 항에 있어서,

    상기 영구자석 모듈은 부상력을 제공하고, 상기 지상측 전자석과 상기 차량측 전자석은 부상력과 추진력을 제공하는 자기 부상 시스템.
15. 제1 항에 있어서,

    상기 대차는 승객 또는 화물이 수납되는 차체와 맞닿아 상기 차체를 지지하는 지지판과 상기 지지판의 양 측단에서 지상을 향하여 돌출된 가이드부와 상기 가이드부의 하단에서 마주하는 상기 가이드부를 향하여 내측으로 돌출된 하부 돌기를 포함하는 자기 부상 시스템.
16. 제15 항에 있어서,

    상기 영구자석 모듈은 상기 지지판의 하면에 설치되고, 상기 차량측 전자석은 상기 하부 돌기의 상면에 설치된 자기 부상 시스템.
17. 대차에 고정된 할바흐 배열을 갖는 영구자석 모듈과 궤도에 설치된 도체판이 서로 마주하도록 설치되고 영구자석 모듈과 도체판 사이에 상기 영구자석 모듈의 자기력을 감소시키는 차단판이 설치된 상태에서,

    보조 차륜을 이용하여 제1 속도로 이동하는 단계;

    보조 차륜을 이용하여 제1 속도보다 더 빠른 제2 속도로 이동하는 단계;

    차단판을 영구자석 모듈과 도체판 사이에서 이탈시키는 단계; 및

    보조 차륜을 상승시켜서 부상하여 이동하는 단계;

    를 포함하는 자기 부상 방법.

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