KR101471092B1 - 분할 인버터를 갖는 자기부상 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 시스템은 자기력에 의하여 부상하여 이동하는 자기부상 시스템에 있어서, 이어져 설치된 궤도와, 상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차와, 상기 궤도에 고정 설치된 강자성체판과, 상기 대차에 고정되며 상기 강성체판과 마주하도록 설치된 부상 전자석, 및 상기 부상 전자석과 연결 설치되어 상기 부상 전자석에 전류를 인가하는 복수 개의 인버터를 포함하고, 상기 부상 전자석은 서로 다른 2개의 인버터와 연결된 완충 부상 전자석을 포함한다.

Description

분할 인버터를 갖는 자기부상 시스템{MAGNETIC LEVITATION SYSTEM HAVING DIVISION INVERTOR}
본 발명은 자기부상 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 분할 인버터를 갖는 자기부상 시스템에 관한 것이다.
자기부상 추진은 전기 자기력을 이용하여, 궤도로부터 일정한 높이로 부상하여 추진하는 것을 말한다. 자기부상 시스템은 궤도와 궤도 상에서 비접촉으로 부상 및 추진하는 대차를 포함한다.
자기부상 시스템은 대차와 궤도 사이에서 전자석에 의한 인력 또는 반발력을 응용하여, 대차를 궤도로부터 이격시킨 상태로 추진한다. 이와 같이 자기 부상 시스템은 궤도와 비접촉 상태로 추진하므로 소음 및 진동이 적고 고속 추진이 가능하다.
자기 부상 방법에는 자석의 인력을 이용하는 흡인식과, 자석의 반발력을 이용하는 반발식이 있다. 또한, 자기 부상의 부상 방법에는 전자석의 원리에 따라, 초전도 방식과 상전도 방식이 있다. 초전도 방식은 전기 저항이 없고 강한 자력을 얻을 수 있으므로 고속 열차에 적용하고, 상전도 방식은 중속도의 중단거리용 열차에 적용하고 있다.
자기부상 시스템을 구성하는 주요 힘 성분은 부상력, 추진력 그리고 안내력이며, 자기부상 전자석이 부상력을 담당하고, 선형전동기가 추진력을 담당하며, 안내 전자석이 안내력을 부담한다.
부상력을 담당하는 자기부상 전자석에 전력을 공급하기 위해서 인버터가 설치되는 데, 인버터가 자기부상 전자석에 균일한 전력을 안정적으로 공급하는 것은 매우 중요하다. 인버터가 공급하는 전력이 불안해지면 부상력의 불균일을 야기하여 대차의 주행이 불안정해지는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 부상 전자석에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 자기부상 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 시스템은 자기력에 의하여 부상하여 이동하는 자기부상 시스템에 있어서, 이어져 설치된 궤도와, 상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차와, 상기 궤도에 고정 설치된 강자성체판과, 상기 대차에 고정되며 상기 강성체판과 마주하도록 설치된 부상 전자석, 및 상기 부상 전자석과 연결 설치되어 상기 부상 전자석에 전류를 인가하는 복수 개의 인버터를 포함하고, 상기 부상 전자석은 서로 다른 2개의 인버터와 연결된 완충 부상 전자석을 포함한다.
복수 개의 부상 전자석이 상기 대차의 길이방향을 따라 배열되어 부상 전자석열을 형성하고, 상기 완충 부상 전자석은 상기 부상 전자석열의 길이 방향 중앙에 배치될 수 있다.
상기 부상 전자석열의 중앙에는 복수 개의 완충 부상 전자석이 설치될 수 있다.
상기 부상 전자석은 두 개의 폴을 포함하고, 어느 일측 폴에 감겨진 코일에는 제1 인버터가 연결되고, 타측 폴에 감겨진 코일에는 제2 인버터가 연결될 수 있다.
상기 부상 전자석은 상기 대차의 길이방향으로 이어진 부상 전자석열을 이루고, 상기 부상 전자석열은 상기 대차의 길이 방향으로 분할되어 제1 부상 전자석 모듈과 제2 부상 전자석 모듈을 이루고, 상기 제1 부상 전자석 모듈은 상기 제1 인버터와 연결되어 전력을 공급받고, 상기 제2 부상 전자석 모듈은 상기 제2 인버터와 연결되어 전력을 공급받을 수 있다.
상기 부상 전자석열을 이루는 부상 전자석은 홀수개로 이루어질 수 있다.
상기 부상 전자석은 상기 대차의 길이 방향으로 이어진 제1 부상 전자석열과 제2 부상 전자석열을 형성하고, 제1 부상 전자석열의 내측에 위치한 폴에는 제1 인버터가 연결되고, 재1 부상 전자석열의 외측에 위치한 폴에는 제2 인버터가 연결될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 시스템은 인버터가 적어도 하나의 이상의 부상 전자석의 폴에 전력을 분할하여 공급함으로써 부상 전자석에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 시스템을 폭방향으로 잘라 본 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 시스템의 부상 전자석과 인버터의 연결 관계를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 시스템의 부상 전자석과 인버터의 연결 관계를 도시한 구성도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 시스템을 폭방향으로 잘라 본 종단면도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 시스템(100)은 대차(110)와 대차(110)가 이동하는 궤도(120)를 포함한다.
본 실시예에 따른 대차(110)는 궤도(120) 상에 놓이거나 자기력에 의하여 궤도(120)로부터 부상하여 추진한다. 궤도(120)는 일방향으로 길게 이어져 형성되며, 상부에 형성된 거더(122)와 거더(122)의 아래에 배치되어 지면으로부터 거더(122)을 지지하는 기둥(121)을 포함한다. 거더(122)의 하면에는 강자성체판(127)이 고정 설치되며, 강자성체판(127)의 양쪽 가장자리에는 아래로 돌출된 돌기가 형성된다. 강자성체판(127)의 돌기는 아래에서 상술하는 부상 전자석(150)의 코어와 마주하도록 배치된다.
또한 거더(122)의 상면에는 추진용 영구자석(125)이 설치되는 바, 복수개의 추진용 영구자석(125)이 궤도의 길이 방향을 따라 배열된다. 또한, 서로 다른 자성을 갖는 추진용 영구자석(125)이 궤도(120)의 길이 방향을 따라 교대로 배열된다.
대차(110)는 대차 상판(142)과 대차 상판(142)의 아래에 배치된 보기 프레임(112)을 포함하며, 4개의 보기 프레임(112)이 대차 상판(142)의 아래에서 대차 상판(142)을 지지한다. 대차 상판(142)과 보기 프레임(112) 사이에는 대차 상판(142)을 지지하며 충격을 흡수하는 댐퍼(141)가 설치된다. 보기 프레임(112)에는 기둥(121)을 향하여 돌출된 브라켓(113)이 설치되며, 브라켓(113)에는 부상 전자석(150)이 강자성체판(127)과 대향하도록 설치된다.
부상 전자석(150)은 코어와 코어를 감싸도록 설치된 코일(151c, 151d)을 포함한다. 코어는 두 개의 폴(151a, 151b)을 갖는 바, 폴(151a, 151b)은 홈을 사이에 두고 돌출된 두 개의 돌기들로 이루어진다. 두 개의 폴(151a, 151b)은 이격 배치되고, 폴(151a, 151b) 중의 어느 하나는 N극을 갖고, 다른 하나는 S극을 갖는다. 부상 전자석(150)은 강자성체판(127)와 마주하여 부상 전자석(150)이 강자성체판(127)를 끌어당겨서 부상력이 발생한다.
보기 프레임(112)은 마주하는 보기 프레임(112)을 향하여 돌출된 상부 지지부(112a)와 상부 지지부(112a)에서 하부로 이어진 측면 지지부(112b)를 포함한다.
상부 지지부(112a)의 하면에는 추진용 영구자석(125)과 대향하는 추진 전자석(130)이 설치된다. 추진 전자석(130)은 코어(131)와 코어(131)를 감싸는 코일(132)을 포함한다.
이 때, 추진 전자석(130)과 추진용 영구자석(125)이 서로 끌어 당겨서 추진력을 발생시킨다. 여기서 추진 전자석(130)과 추진용 영구자석(125)이 선형동기모터를 이룬다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 시스템의 부상 전자석과 인버터의 연결 관계를 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 하나의 대차(110)에는 복수 개의 부상 전자석(150)이 설치되며, 부상 전자석(150)은 대차의 폭방향 양측에 부상 전자석열을 이루어 배치된다.
부상 전자석열은 대차(110)의 길이방향으로 분할되어 부상 전자석 모듈(181, 182, 183, 184)을 이룬다. 본 실시예에서는 하나의 대차(110)에는 4개의 부상 전자석 모듈(181, 182, 183, 184)이 설치된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 하나의 대차에는 복수 개의 부상 전자석 모듈이 설치될 수 있다.
제1 부상 전자석 모듈(181)은 제1 인버터(161)와 연결되어 전력을 공급 받으며, 제2 부상 전자석 모듈(182)은 제2 인버터(162)와 연결되어 전력을 공급 받는다. 또한, 제3 부상 전자석 모듈(183)은 제3 인버터(163)와 연결되어 전력을 공급 받으며, 제4 부상 전자석 모듈(184)은 제4 인버터(164)와 연결되어 전력을 공급 받는다.
제1 부상 전자석 모듈(181)과 제2 부상 전자석 모듈(182)은 대차(110)의 길이방향을 따라 나란하게 배치되어 하나의 열을 이루고, 제3 부상 전자석 모듈(183)과 제4 부상 전자석 모듈(184)도 대차(110)의 길이방향을 따라 나란하게 배치되어 하나의 열을 이룬다.
제1 부상 전자석 모듈(181)과 제3 부상 전자석 모듈(183)은 대차(110)의 폭방향으로 이격 배되어 평행하게 배치되고, 제2 부상 전자석 모듈(182)과 제4 부상 전자석 모듈(184)은 대차(110)의 폭방향으로 이격 배치되어 평행하게 배치된다.
부상 전자석(150)은 인터버로부터 전력이 공급되는 완충 부상 전자석(152)을 포함한다. 완충 부상 전자석(152)은 부상 전자석(150)의 열에서 길이 방향으로 중앙에 배치되며, 하나의 폴(152a)에 감겨진 코일(152c)에는 제1 인버터(161)에서 전력이 공급되고, 다른 폴(152b)에 감겨진 코일(152d)에는 제2 인버터(162)에서 전력이 공급된다.
이에 따라, 완충 부상 전자석(152)에서 하나의 폴(152a)은 제1 부상 전자석 모듈(181)에 포함되고, 다른 폴(152b)은 제2 부상 전자석 모듈(182)에 포함된다.
이와 같이 완충 부상 전자석(152)에 각각 다른 인버터(161, 162)로부터 전력이 공급되면 중앙에 배치된 완충 부상 전자석(152)이 전력의 상이함을 완충하는 역할을 할 수 있다. 인버터(161, 162, 163, 164)에 의하여 공급되는 전력은 동일하게 제어되나, 미세한 전류 및 전압의 차이에 의하여 각 인버터(161, 162, 163, 164)에서 공급되는 전력에 미세한 차이가 발생할 수 있다. 이러한 차이로 인하여 부상력이 미세하게 불안정해질 수 있으나, 본 실시예에 따르면 중앙에 배치된 완충 부상 전자석(152)에 각각 상이한 인버터(161, 162, 163, 164)로부터 전력을 공급하므로 완충 부상 전자석(152)이 전력의 차이를 완충하는 역할을 하여 미세한 전력 공급 차이에도 불구하고 부상력이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예와 같이 부상 전자석열을 이루는 부상 전자석(150)의 개수가 홀수개인 경우, 인버터(161, 162, 163, 164)에서 부상 전자석(150)으로 공급되는 전력을 균등하도록 제어할 수 있으므로 인버터(161, 162, 163, 164)를 동일한 규격으로 사용할 수 있고, 전력 공급이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 부상 전자석(150) 열에서 중앙에 배치된 하나의 완충 부상 전자석(152)에만 상이한 인버터(161, 162, 163, 164)로부터 전력이 공급되는 것으로 예시하고 있으나, 중앙에 배치된 적어도 하나 이상의 부상 전자석에 상이한 인버터로부터 전력이 공급되면 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 즉 완충 부상 전자석은 적어도 하나 이상이 포함될 수 있다. 다만, 이 경우 상이한 인버터로부터 공급되는 폴의 개수는 각 인버터에 대하여 동일하다. 즉, 3개의 완충 부상 전자석에 상이한 인버터로부터 전력이 공급되는 경우에는 제1 인버터는 완충 부상 전자석 중 3개의 폴에 전력을 공급하고, 제2 인버터도 완충 부상 전자석 중 3개의 폴에 전력을 공급한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 시스템의 부상 전자석과 인버터의 연결 관계를 도시한 구성도이다.
본 실시예에 따른 자기부상 시스템(200)은 인버터(261, 262, 263, 264)와 부상 전자석(251, 252)의 연결 관계를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 자기부상 시스템과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 하나의 대차(210)에는 복수 개의 부상 전자석(251, 252)이 설치되며, 부상 전자석(251, 252)은 대차(210)의 폭방향 양측에 열을 이루어 배치된다. 일측 부상 전자석(251)은 제1 부상 전자석열(281)을 형성하고, 타측 부상 전자석(252)은 제2 부상 전자석열(282)을 형성한다.
부상 전자석열들(281, 282)은 대차(210)의 폭방향으로 이격 배치되며, 대차(210)에는 부상 전자석열(281, 282)에 전력을 공급하는 4개의 인버터(261, 262, 263, 264)가 설치된다. 본 실시예에 따른 부상 전자석(251, 252)은 두 개의 폴(251a, 251b, 252a, 252b)을 갖고, 각 폴(251a, 251b, 252a, 252b)에는 서로 다른 인버터(261, 262, 263, 264)로부터 전력이 공급된다.
제1 인버터(261)는 제1 부상 전자석열(281)에서 외측에 위치하는 폴(251a)에 전력을 공급하고, 제2 인버터(262)는 제1 부상 전자석열(281)에서 내측에 위치하는 폴(251b)에 전력을 공급한다. 또한 제3 인버터(263)는 제2 부상 전자석열(282)에서 외측에 위치하는 폴(252a)에 전력을 공급하고, 제4 인버터(264)는 제2 부상 전자석열(282)에서 내측에 위치하는 폴(252b)에 전력을 공급한다. 이에 따라 대차(210)의 폭방향으로 4배치된 4개의 폴(251a, 251b, 252a, 252b)에는 각기 다른 인버터(261, 262, 263, 264)에서 전력이 공급된다.
이와 같이 부상 전자석(251, 252)에 각각 다른 인버터(261, 262, 263, 264)로부터 전력이 공급되면 각 인버터(261, 262, 263, 264)에서 공급되는 전력이 상이한 경우에도, 대차(210)의 길이방향으로 배치된 부상 전자석(251, 252)에 공급되는 전력은 동일하므로 부상력이 불안정해지는 것을 방지할 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.
100, 200: 자기부상 시스템 110, 210: 대차
112: 보기 프레임 113: 브라켓
120: 궤도 121: 기둥
122: 거더 125: 추진용 영구자석
127: 강자성체판 130: 추진 전자석
142: 대차 상판 150, 251, 252: 부상 전자석
152: 완충 부상 전자석 161, 261: 제1 인버터
162, 262: 제2 인버터 163, 263: 제3 인버터
164, 264: 제4 인버터 181, 182, 183, 184: 부상 전자석 모듈
281: 제1 부상 전자석열 282: 제2 부상 전자석열

Claims (7)

  1. 자기력에 의하여 부상하여 이동하는 자기부상 시스템에 있어서,
    이어져 설치된 궤도;
    상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차;
    상기 궤도에 고정 설치된 강자성체판;
    상기 대차에 고정되며 상기 강자성체판과 마주하도록 설치된 부상 전자석; 및
    상기 부상 전자석과 연결 설치되어 상기 부상 전자석에 전류를 인가하는 복수 개의 인버터;
    를 포함하고,
    상기 부상 전자석은 서로 다른 2개의 인버터와 연결된 완충 부상 전자석을 포함하는 자기부상 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    복수 개의 부상 전자석이 상기 대차의 길이방향을 따라 배열되어 부상 전자석열을 형성하고, 상기 완충 부상 전자석은 상기 부상 전자석열의 길이 방향 중앙에 배치된 자기부상 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 부상 전자석열의 중앙에는 복수 개의 완충 부상 전자석이 설치된 자기부상 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 부상 전자석은 두 개의 폴을 포함하고, 어느 일측 폴에 감겨진 코일에는 제1 인버터가 연결되고, 타측 폴에 감겨진 코일에는 제2 인버터가 연결된 자기부상 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 부상 전자석은 상기 대차의 길이방향으로 이어진 부상 전자석열을 이루고,
    상기 부상 전자석열은 상기 대차의 길이 방향으로 분할되어 제1 부상 전자석 모듈과 제2 부상 전자석 모듈을 이루고,
    상기 제1 부상 전자석 모듈은 상기 제1 인버터와 연결되어 전력을 공급받고, 상기 제2 부상 전자석 모듈은 상기 제2 인버터와 연결되어 전력을 공급받는 자기부상 시스템.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 부상 전자석열을 이루는 부상 전자석은 홀수개로 이루어진 자기부상 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 부상 전자석은 상기 대차의 길이 방향으로 이어진 제1 부상 전자석열과 제2 부상 전자석열을 형성하고,
    제1 부상 전자석열의 내측에 위치한 폴에는 제1 인버터가 연결되고, 재1 부상 전자석열의 외측에 위치한 폴에는 제2 인버터가 연결된 자기부상 시스템.
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