KR101623474B1

KR101623474B1 - 경사 배치된 추진 전자석을 갖는 자기부상 시스템

Info

Publication number: KR101623474B1
Application number: KR1020120158225A
Authority: KR
Inventors: 임재원; 박도영; 김창현; 이종민; 한형석; 김봉섭
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2016-05-23
Also published as: KR20140087678A

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 설치되며 상기 궤도의 길이 방향을 따라 이격 배치된 복수 개의 추진용 영구자석, 및 상기 대차에 고정되며 상기 추진용 영구자석과 마주하도록 설치된 추진 전자석을 포함하고, 상기 추진용 영구자석과 상기 추진 전자석은 길이방향은 갖고, 상기 추진 전자석의 길이방향은 상기 영구자석의 길이방향에 대하여 빗각으로 경사지게 배치된다.

Description

경사 배치된 추진 전자석을 갖는 자기부상 시스템{MAGNETIC LEVITATION SYSTEM HAVING SLANTED ELECTROMAGNET}

본 발명은 자기부상 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 추진 전자석의 구조를 개선한 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.

그러나 안내 전자석을 별도로 설치하면 설치 비용이 증가하고 차체가 무거워지는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 추진력 및 안내력을 함께 발생시킬 수 있는 자기부상 시스템을 제공함에 있다.

여기서 상기 추진용 영구자석은 서로 다른 자성을 갖는 복수 개의 추진용 영구자석이 상기 궤도의 길이 방향을 따라 교대로 배열될 수 있다.

또한, 상기 추진 전자석은 상기 대차의 폭방향으로 이웃하도록 배치되고, 대차의 폭방향으로 이웃하는 추진 전자석은 대차의 폭방향 중심선에 대하여 대칭되도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 대차의 폭방향으로 이웃하는 추진 전자석들의 길이 방향이 상기 영구자석과 이루는 경사각은 상호 보각 관계로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 추진 전자석은 외측의 측단이 내측의 측단보다 전방으로 더 돌출되도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 추진 전자석은 내측의 측단이 외측의 측단보다 전방으로 더 돌출되도록 배치될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 시스템은 경사지게 배치된 이송 전자석이 추진력과 안내력을 발생시키므로 별도의 안내 전자석 없이도 안내기능을 수행할 수 있다.

또한, 추진력에 비례하여 안내력이 발생하므로 추진 속도가 빠를 때에 강한 안내력이 발생하여 고속에서 안정적인 운행을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 시스템을 폭방향으로 잘라 본 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석의 배치를 도시한 평면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석의 배치를 도시한 평면도이다.
도 5은 제2 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석을 도시한 사시도이다.

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 제1 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 부상용 강자성체판(127)이 고정 설치되며, 부상용 강자성체판(127)의 양쪽 가장자리에는 아래로 돌출된 돌기가 형성된다. 부상용 강자성체판(127)의 돌기는 아래에서 상술하는 차량측 부상 전자석(114)의 코어(114a)에 형성된 돌기와 마주하도록 배치된다.

또한 거더(122)의 상면에는 추진용 영구자석(171)이 설치되는 바, 복수개의 추진용 영구자석(171)이 궤도의 길이 방향을 따라 이격되어 배열된다. 또한, 서로 다른 자성을 갖는 추진용 영구자석(171)이 궤도(120)의 길이 방향을 따라 교대로 배열된다.

대차(110)는 대차 상판(150)과 대차 상판(150)의 아래에 배치된 보기 프레임(112)을 포함하며, 4개의 보기 프레임(112)이 대차 상판(150)의 아래에서 대차 상판을 지지한다. 대차 상판(150)과 보기 프레임(112) 사이에는 대차 상판(150)을 지지하며 충격을 흡수하는 댐퍼(140)가 설치된다. 보기 프레임(112)에는 마주하는 보기 프레임(112)을 향하여 돌출된 브라켓(113)이 설치되며, 브라켓(113)에는 차량측 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)과 대향하도록 설치된다.

한편, 보기 프레임(112)의 내측면에는 거더(122)의 측면을 향하여 돌출 설치된 가이드 롤러(118)가 설치된다. 가이드 롤러(118)는 대차(110)를 지지하여 가이드하며 대차(110)의 측방향 움직임을 지지한다.

차량측 부상 전자석(114)은 코어(114a)와 코어(114a)의 외주를 감싸도록 설치된 코일(114b)을 포함한다. 코어(114a)는 홈을 사이에 두고 두 개의 돌기들이 이격 형성된 구조로 이루어지며 이 돌기들에 코일(114b)이 감겨진다. 차량측 부상 전자석(114)은 부상용 강자성체판(127)와 마주하여 차량측 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)를 끌어당겨서 부상력이 발생한다. 본 실시예에서는 자기부상 시스템(100)이 흡인식으로 이루어진 것으로 예시하고 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 차량측 부상 전자석(114)이 위에 위치하고, 부상용 강자성체판(127)이 아래에 위치하여 반발식으로 이루어질 수도 있다. 또한, 상기한 부상용 강자성체판(127)은 궤도에 설치된 부상용 전자석으로 이루어질 수 있다.

보기 프레임(112)의 상부에는 마주하는 보기 프레임(112)을 향하여 돌출된 돌출부(112a)가 형성되며 이 돌출부(112a)의 하면에 추진 전자석(161, 162)이 고정 설치된다. 추진 전자석(161, 162)은 복수 개의 코어(161a, 162a)를 갖는 바, 코어(161a, 162a)에는 코어(161a, 162a)를 감싸는 코일(161b, 162b)이 설치된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석의 배치를 도시한 평면도이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석을 도시한 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 추진 전자석들(161, 162)은 추진용 영구자석(171)에서 소정 간격 이격되어 마주하도록 배치되며, 추진용 영구자석들(171)은 서로 다른 극성을 갖는 영구자석들이 이웃하도록 교대로 배치된다. 이 때, 추진 전자석(161, 162)과 추진용 영구자석(171)이 서로 끌어 당겨서 추진력을 발생시킨다. 여기서 추진 전자석(161, 162)과 추진용 영구자석(171)이 선형동기모터를 이룬다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 일측 보기 프레임(112)에 배치된 추진 전자석(161)과 대차(110)의 폭방향으로 나란하게 배치된 타측 보기 프레임(112)에 배치된 추진 전자석(162)이 설치되며, 대차(110)의 폭방향으로 이웃하는 추진 전자석(161)과 추진 전자석(162)은 동일한 추진용 영구자석(171)에 대하여 자기력을 작용한다.

한편, 추진용 영구자석(171)은 대차(110)의 폭 방향으로 길게 이어져 형성되어 추진용 영구자석(171)의 길이방향은 대차(110)의 폭방향과 동일하게 된다. 한편, 추진 전자석(161, 162)은 길게 이어져 배치되는 바, 추진 전자석(161, 162)의 길이 방향은 추진용 영구자석(171)의 길이방향에 대하여 빗각으로 경사지게 배치된다. 추진 전자석(161, 162)은 외측에 위치하는 측단이 대차의 진행방향으로 더 돌출되도록 경사지게 배치되어 외측의 측단이 내측의 측단보다 진행방향으로 더 앞에 위치한다.

이 때, 일측 추진 전자석(161)이 추진용 영구자석(171)에 대하여 이루는 경사각(θ1)은 이와 이웃하는 타측 추진 전자석(162)이 추진용 영구자석(171)에 대하여 이루는 경사각(θ2)과 보각이 된다. 또한, 일측 추진 전자석(161)이 추진용 영구자석(171)에 대하여 이루는 경사각(θ1)과 이와 이웃하는 타측 추진 전자석(162)이 추진용 영구자석(171)에 대하여 이루는 경사각(θ2)의 합은 180도가 된다. 이에 따라 양측에 위치하는 추진 전자석(161, 162)은 대차의 중심선을 기준으로 대칭되도록 형성된다. 추진 전자석(161, 162) 중 추진용 영구자석(171)과 예각을 이루는 추진 전자석(161)의 경사각(θ1)은 2도 내지 30도로 이루어질 수 있다.

본 실시예와 같이 추진 전자석(161, 162)이 추진용 영구자석(171)에 대하여 경사지게 배치되면 추진 전자석(161, 162)에 의하여 추진력(fp)뿐만 아니라 안내력(fg)이 발생한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 추진 전자석(161, 162)과 추진용 영구자석(171)은 서로 밀어내는 힘과 끌어 당기는 힘을 작용하는 데, 추진 전자석(161, 162)에 의하여 전방을 향하는 추진력(fp)과 측방향을 향하는 안내력(fg)이 발생한다.

추진 전자석(161, 162)은 외측이 내측보다 더 앞쪽에 배치되므로 전방으로 진행할 때, 외측에 더 강한 자기력이 작용하여 외측을 전방으로 끌어 당기는 힘과 함께 폭방향 외측으로 끌어 당기는 힘이 발생한다. 이때 외측으로 끌어 당기는 힘이 안내력이 된다.

한편, 추진 전자석들(161, 162)이 대칭되도록 배치되므로 일측 추진 전자석(161)에 의한 안내력과 타측 추진 전자석(162)에 의한 안내력은 반대 방향을 향하도록 작용하며, 양쪽의 추진 전자석에 의한 안내력(fg)에 의하여 대차(110)는 궤도(120)의 중앙에 위치할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 추진 전자석(161, 162)과 추진용 영구자석(171)이 추진력(fp)과 안내력(fg)을 발생시키므로 별도의 안내 전자석의 설치 없이도 대차를 폭방향으로 조절할 수 있다. 또한, 안내력(fg)은 추진력(fp)에 비례하여 작용하므로 대차의 속도 및 추진력에 따라 안내력(fg)이 조절되고, 추진력(fp)이 강할수록 안내력(fg)도 커지므로 고속에서 대차를 더욱 안정적으로 가이드할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석의 배치를 도시한 평면도이고, 도 5은 제2 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석을 도시한 사시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 시스템은 추진 전자석(191, 192)의 배치를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 자기부상 시스템과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 추진 전자석(191, 192)들은 추진용 영구자석(181)에서 소정 간격 이격되어 마주하도록 배치되며, 추진용 영구자석들(181)은 서로 다른 극성을 갖는 추진용 영구자석들(181)이 이웃하도록 교대로 배치된다. 이 때, 추진 전자석(191, 192)과 추진용 영구자석(181)이 서로 끌어 당겨서 추진력을 발생시킨다.

추진 전자석(191, 192)은 코어(191a, 192a)와 코어(191a, 192a)를 감싸는 코일(191b, 192b)을 포함한다. 추진 전자석들(191, 192)은 대차의 폭방향으로 나란하게 배치되며, 추진 전자석(191)과 추진 전자석(192)은 동일한 추진용 영구자석(181)에 대하여 자기력을 작용한다.

한편, 추진용 영구자석(181)은 대차의 폭 방향으로 길게 이어져 형성되어 추진용 영구자석(181)의 길이방향은 대차의 폭방향과 동일하게 된다. 한편, 추진 전자석(191, 192)은 길게 이어져 배치되는 바, 추진 전자석(191, 192)의 길이 방향은 추진용 영구자석(181)에 대하여 빗각으로 경사지게 배치된다. 추진 전자석(191, 192)은 내측에 위치하는 측단이 대차의 진행방향으로 더 돌출되도록 경사지게 배치되어 내측의 측단이 외측의 측단보다 진행방향으로 더 앞에 위치한다.

이 때, 일측 추진 전자석(191)이 추진용 영구자석(181)에 대하여 이루는 경사각(θ3)은 이와 이웃하는 타측 추진 전자석(192)이 추진용 영구자석(181)에 대하여 이루는 경사각(θ4)과 보각이 된다. 또한, 일측 추진 전자석(191)이 추진용 영구자석(181)에 대하여 이루는 경사각(θ3)과 이와 이웃하는 타측 추진 전자석(192)이 추진용 영구자석(181)에 대하여 이루는 경사각(θ4)의 합은 180도가 된다. 이에 따라 양측에 위치하는 추진 전자석(191, 192)은 대차의 중심선을 기준으로 대칭되도록 형성된다.

본 실시예와 같이 추진 전자석(191, 192)이 추진용 영구자석(181)에 대하여 경사지게 배치되면 추진 전자석(191, 192)에 의하여 추진력(fp)뿐만 아니라 안내력(fg)이 발생한다. 추진 전자석(191, 192)과 추진용 영구자석(181)은 서로 밀어내는 힘과 끌어 당기는 힘을 작용하는 데, 추진 전자석(191, 192)에 의하여 전방을 향하는 추진력(fp)과 측방향을 향하는 안내력(fg)이 발생한다.

추진 전자석(191, 192)은 내측이 외측보다 더 앞쪽에 배치되므로 전방으로 진행할 때, 내측에 더 강한 자기력이 작용하여 외측을 전방으로 끌어 당기는 힘과 함께 폭방향 내측으로 끌어 당기는 힘이 발생한다. 이때 추진 전자석들(191, 192)을 내측으로 끌어 당기는 힘이 안내력이 된다.

한편, 추진 전자석들(191, 192)이 대칭되도록 배치되므로 일측 추진 전자석(191)에 의한 안내력과 타측 추진 전자석(192)에 의한 안내력은 반대 방향을 향하도록 작용하며, 양쪽의 추진 전자석에 의한 안내력(fg)에 의하여 대차(110)는 궤도(120)의 중앙에 위치할 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: 자기부상 시스템 110: 대차
112: 보기 프레임 113: 브라켓
114: 차량측 부상 전자석
114a, 161a, 162a, 191a, 192a: 코어
114b, 161b, 162b, 191b, 192b: 코일
118: 가이드 롤러 120: 궤도
121: 기둥 122: 거더
127: 부상용 강자성체판 140: 댐퍼
150: 대차 상판 161, 162, 191, 192: 추진 전자석
171, 181: 추진용 영구자석

Claims

자기력에 의하여 부상하여 이동하는 자기부상 시스템에 있어서,
이어져 설치된 궤도;
상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차;
상기 궤도에 고정 설치되며 상기 궤도의 길이 방향을 따라 이격 배치되며, 상기 대차의 폭방향으로 이어져 형성된 복수 개의 추진용 영구자석;
상기 대차에 고정되며 상기 추진용 영구자석과 마주하도록 설치되며 코어와 코어를 감싸는 코일을 포함하는 추진 전자석;
을 포함하고,
상기 추진용 영구자석과 상기 추진 전자석은 길이방향을 갖고, 상기 추진 전자석의 길이방향은 상기 영구자석의 길이방향에 대하여 빗각으로 경사지게 배치되며,
상기 대차의 폭방향으로 이격되어 이웃하는 추진 전자석들은 동일한 상기 추진용 영구자석에 대하여 자기력을 작용하고,
상기 추진용 영구자석과 상기 추진 전자석은 선형동기모터를 이루어 추진력과 안내력을 발생시키는 자기부상 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 추진용 영구자석은 서로 다른 자성을 갖는 복수 개의 추진용 영구자석이 상기 궤도의 길이 방향을 따라 교대로 배열된 자기부상 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 추진 전자석은 상기 대차의 폭방향으로 이웃하도록 배치되고, 대차의 폭방향으로 이웃하는 추진 전자석은 대차의 폭방향 중심선에 대하여 대칭되도록 배치된 자기부상 시스템.
제3 항에 있어서,
상기 대차의 폭방향으로 이웃하는 추진 전자석들의 길이 방향이 상기 영구자석과 이루는 경사각은 상호 보각 관계인 자기부상 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 추진 전자석은 외측의 측단이 내측의 측단보다 전방으로 더 돌출되도록 배치된 자기부상 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 추진 전자석은 내측의 측단이 외측의 측단보다 전방으로 더 돌출되도록 배치된 자기부상 시스템.