KR102173035B1

KR102173035B1 - 수송 시스템

Info

Publication number: KR102173035B1
Application number: KR1020190036292A
Authority: KR
Inventors: 한형석; 이종민; 박도영; 김창현; 임재원; 하창완; 김정중; 고두열; 박진성; 조현민; 안병태; 최상규
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-11-02
Also published as: KR20200114471A

Abstract

본 발명의 목적은 교통체증을 해소하고 공기질을 개선하는 수송 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수송 시스템은, 기초 바닥, 상기 기초 바닥 상에서 부상하여 추진되는 운반체, 상기 운반체에 구비되는 할바흐 배열(halbach array)의 제1영구자석모듈과 상기 제1영구자석모듈의 하방에서 대향하도록 상기 기초 바닥에 구비되는 제1도체판을 가지는 자기부상부, 및 상기 기초 바닥과 상기 운반체의 서로 대향하는 일측에 설치되는 로터(도체판, 또는 영구자석)와 상기 로터에 대향하여 상기 로터와 상대 이동하도록 다른 일측에 설치되는 스테이터(코아와 코일)를 가지는 선형전동기를 포함한다.

Description

수송 시스템 {TRANSFORTATION SYSTEM}

본 발명은 수송 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기부상과 선형전동기 추진을 이용하는 수송 시스템에 관한 것이다.

현재, 지상도로의 교통체증은 날이 갈수록 더 심해지고 있다. 이로 인하여, 자동차 내연기관의 배기가스와 타이어의 마모로 인한 분진은 대기 오염 및 미세먼지 발생을 가중시키고 있다. 따라서 교통체증, 대기 오염 및 미세먼지를 유발하지 않는 수송 시스템이 요구되고 있다.

일례로써, 미국 보링 컴퍼니(boring company)는 지하 터널에 운반체를 사용하는 수송 시스템의 개념을 제안하고 있다. 그러나 운반체가 바퀴로 구동되므로 수송 시스템은 지하 터널 내에서 분진 및 미세먼지를 발생시키며, 운반체를 구동하는 구체적인 구동 원리를 개시하지 않고 있다. 또한, 최근에 공개한 개념은 자동차의 하면에 안내 바퀴를 부착하고, 안내 바퀴로 자동차를 터널 내에서 단지 안내만 하고 있다.

이와 같이, 바퀴를 사용하는 운반체 및 안내 바퀴를 부착한 자동차는 지하 터널에서 사용되므로 교통체증을 해소할 수는 있으나, 바퀴와 노면으로부터 분진 및 미세먼지를 발생시키게 된다.

따라서 교통체증을 해소하기 위하여 미활용의 지하공간 및 지상공간을 활용하고, 지하공간 및 지상공간에서 배기가스나 분진 및 미세먼지의 발생을 방지하여 공기질을 개선하는 수송 시스템의 개발이 필요하다.

본 발명의 목적은 교통체증을 해소하고 공기질을 개선하는 수송 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 자기부상 요소와 선형전동기를 이용하는 수송 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수송 시스템은, 기초 바닥, 상기 기초 바닥 상에서 부상하여 추진되는 운반체, 상기 운반체에 구비되는 할바흐 배열(halbach array)의 제1영구자석모듈과 상기 제1영구자석모듈의 하방에서 대향하도록 상기 기초 바닥에 구비되는 제1도체판을 가지는 자기부상부, 및 상기 기초 바닥과 상기 운반체의 서로 대향하는 일측에 설치되는 로터(도체판, 또는 영구자석)와 상기 로터에 대향하여 상기 로터와 상대 이동하도록 다른 일측에 설치되는 스테이터(코아와 코일)를 가지는 선형전동기를 포함한다.

상기 운반체는 자동차를 탑재하는 대차로 형성될 수 있다.

상기 운반체는 상기 대차 상에 바디를 설치하여 복수의 승객이 탑승하는 차실을 형성할 수 있다.

상기 기초 바닥은 지하 터널에 시설되거나 지상의 교량에 설치될 수 있다.

상기 자기부상부는 상기 제1영구자석모듈의 일측에 구비되어, 상기 기초 바닥에 접촉하거나 부상하는 보조 바퀴를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수송 시스템은, 상기 운반체의 측면에 구비되는 할바흐 배열(halbach array)의 제2영구자석모듈과 상기 제2영구자석모듈의 측방에 대향하도록 상기 기초 바닥의 제1측면에 구비되는 제2도체판을 가지는 조향부를 더 포함할 수 있다.

상기 조향부는 상기 제2영구자석모듈의 일측에 구비되어, 상기 제1측면에 대향하는 상기 기초 바닥의 제2측면에 접촉하거나 이격되는 조향 바퀴를 더 포함할 수 있다.

상기 기초 바닥은 상기 운반체를 향하는 개방되고 상기 운반체의 길이 방향으로 형성되는 설치홈을 구비하며, 상기 설치홈은 상기 운반체의 폭 방향 양측으로 상기 제1측면과 상기 제1측면에 마주하는 제2측면을 형성하고, 상기 운반체는 상기 설치홈의 내측으로 연장되는 브래킷을 구비하며, 상기 제2도체판은 상기 제1측면에 구비되고, 상기 제2영구자석모듈은 상기 제2도체판의 측방에 대향하도록 상기 브래킷에 구비될 수 있다.

상기 조향부의 조향 바퀴는 상기 운반체에 축으로 설치되어 상기 제2측면에 접촉하거나 이격되어 상기 운반체의 추진을 안내 및 조향할 수 있다.

상기 선형전동기는 선형유도전동기(linear induction motor)로 형성되며, 상기 로터(도체판)는 상기 기초 바닥에 상기 운반체의 주행 방향을 따라 설치되고, 상기 스테이터(코아와 코일)는 상기 로터에 대향하여 상기 로터와 상대 이동하도록 상기 운반체에 설치될 수 있다.

상기 선형전동기는 선형유도전동기로 형성되며, 상기 스테이터(코아와 코일)는 상기 기초 바닥에 상기 운반체의 주행 방향을 따라 설치되고, 상기 로터(도체판)는 상기 스테이터에 대향하여 상기 스테이터와 상대 이동하도록 상기 운반체에 설치될 수 있다.

상기 선형전동기는 선형동기전동기(linear synchronous motor)로 형성되며, 상기 스테이터(코아와 코일)는 상기 기초 바닥에 상기 운반체의 주행 방향을 따라 설치되고, 상기 로터(영구자석)는 상기 스테이터에 대향하여 상기 스테이터와 상대 이동하도록 상기 운반체에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수송 시스템은, 상기 스테이터에 대향하여 상기 스테이터와 상대 이동하면서 상기 스테이터의 자기장을 이용하여 발전하도록 상기 로터와 함께 상기 운반체에 설치되는 선형발전기를 더 포함할 수 있다.

상기 선형전동기의 로터와 상기 선형발전기는 상기 운반체에서 상기 주행 방향으로 따라 교호적으로 배치될 수 있다.

상기 선형전동기는 선형유도전동기로 형성되며, 상기 스테이터는 상기 기초 바닥에 상기 운반체의 주행 방향을 따라 설치되고, 상기 로터는 상기 스테이터에 대향하여 상기 스테이터와 상대 이동하도록 상기 운반체에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수송 시스템은, 상기 스테이터에 대향하여 상기 스테이터와 상대 이동하면서 상기 스테이터의 자기장을 이용하여 발전하도록 상기 운반체에 설치되는 선형발전기를 더 포함할 수 있다.

상기 선형전동기의 로터와 상기 선형발전기는 상기 운반체의 폭 방향에서 상기 로터 사이에 배치되고, 상기 운반체의 주행 방향으로 따라 배치될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는 서로 대향하는 기초 바닥과 운반체에 자기부상부를 구비하여 운반체를 자기부상시키고, 선형전동기를 구비하여 운반체를 추진시키므로 운반체에 자동차를 탑재하여 수송하는 경우, 분진이나 미세먼지의 발생을 원천적으로 차단할 수 있다. 따라서 공기질이 개선될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 기존의 지상도로 이외에 미사용 공간인 지하 터널이나 지상의 교량에 기초 바닥을 설치하여, 자동차를 탑재한 운반체 또는 차실을 구비한 운반체를 추진시키므로 교통체증을 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수송 시스템(기초 바닥과 운반체)의 사시도이다.
도 2는 도 1의 수송 시스템으로 자동차를 탑재하여 수송하는 작동 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용, 조향용)과 선형유도전동기(LIM)(추진용))의 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용))의 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(조향용))의 단면도이다.
도 6은 도 3의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(선형유도전동기(LIM)(추진용), short stator)의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 수송 시스템(선형유도전동기(LIM)(추진용), long stator)의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 수송 시스템(선형동기전동기(LSM)(추진용))의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 수송 시스템의 사시도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용, 조향용)과 선형동기전동기(LSM)(추진용))의 단면도이다.
도 11은 도 9의 ⅩⅠ-ⅩⅠ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용, 조향용)과 선형발전기(전력공급용))의 단면도이다.
도 12는 도 9의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(선형동기전동기(LSM)(추진용)와 선형발전기(전력공급용))의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제5실시예에 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용, 조향용)과 선형유도전동기(LIM)(추진용))의 단면도이다.
도 14는 도 13의 ⅩⅣ-ⅩⅣ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(선형동기전동기(LSM)(추진용)와 선형발전기(전력공급용))의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제6실시예에 따른 수송 시스템(기초 바닥과 변형된 운반체)의 작동 상태를 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 제1실시예에 따른 수송 시스템(기초 바닥과 운반체)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 수송 시스템으로 자동차를 탑재하여 수송하는 작동 상태를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1실시예의 수송 시스템(1)은 기초 바닥(10), 운반체(20), 자기부상부(30) 및 선형전동기(40)를 포함한다.

기초 바닥(10)은 지상 도로와 별도로 설치되는 지하 터널(T)에 시설되거나 지상의 교량(B, 도 10 참조)에 설치될 수 있다. 기초 바닥(10)이 별도로 시공되는 지하 터널(T) 및 교량(B)에 설치되는 경우, 기존 지상 도로 상에서의 교통 체증을 해소할 수 있다.

운반체(20)는 기존 도로를 주행하는 자동차(V) 또는 화물을 탑재하는 대차로 형성될 수 있다. 이 경우 운반체(20)는 탑재되는 자동차(V) 또는 화물을 고정시킬 수 있는 고정장치(미도시)를 구비하여, 고속으로 수송시, 탑재된 자동차(V) 또는 화물이 운반체(20) 상에서 유동하거나 운반체(20)로부터 분리되는 것을 방지한다.

운반체(20)는 기초 바닥(10) 상에서 자기부상 하여 추진된다. 이와 같이 운반체(20)가 기초 바닥(10)으로부터 자기부상 추진되므로 분진이나 미세먼지와 같은 오염원을 발생시키지 않는다.

이와 같이, 기초 바닥(10) 상에서 운반체(20)가 이동되어 탑재된 자동차(V)를 수송하므로 승객 및 화물을 이송하는 경우에도 공기질이 개선될 수 있다.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용, 조향용)과 선형유도전동기(LIM)(추진용))의 단면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용))의 단면도이다.

도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 자기부상부(30)는 운반체(20)의 네 모퉁이에 대응하여 구비되므로 운반체(20)를 균형 잡힌 상태로 자기부상시킬 수 있다. 또한 자기부상부는 운반체의 크기에 따라 다양한 위치에 대응하여 배치될 수 있다.

자기부상부(30)는 기초 바닥(10)으로부터 운반체(20)를 자기력으로 부상시키는 제1영구자석모듈(31)과 제1도체판(32)을 포함한다. 일례로써, 제1영구자석모듈(31)은 운반체(20)에 복수 영구자석들의 배열로 구성된다. 제1도체판(32)은 제1영구자석모듈(31)의 하방에서 대향하도록 기초 바닥(10)에 구비된다.

더 구체적으로 보면, 제1영구자석모듈(31)은 할바흐 배열(halbach array)을 갖는 직선 형상(추진 방향(y축 방향))으로 이루어진다. 할바흐 배열은 Klaus Halbach에 의하여 제안된 것으로서, 복수 개의 영구자석 조각을 조합하여 자기부상부(30)의 부상력으로 요구되는 자계분포를 발생시킨다.

제1영구자석모듈(31)은 복수의 영구자석편들을 포함하며, 자화방향이 상하방향으로 변화하도록 영구자석편들을 배치하고 있다. 본 기재에서 자화방향이 상하방향으로 변화한다는 것은 제1영구자석모듈(31)을 구성하는 영구자석편들의 자화방향이 상이함(도 4의 화살표 방향)을 뜻한다.

제1영구자석모듈(31)은 제1, 제2, 제3자극 자석편(311, 312, 313)과 제1, 제2, 제3자극 자석편들(311, 312, 313) 사이에 배치된 안내 자석편들(314, 315)을 포함한다. 제1, 제2, 제3자극 자석편(311, 312, 313)과 안내 자석편들(314, 315)은 제1영구자석모듈(31)의 직석방향으로 이어져 배치된다. 이에 따라 제1영구자석모듈(31)은 대략 직선 형상을 이룬다.

제1, 제3자극 자석편(311, 313)은 하방을 향하는 자화방향을 갖고, 제2자극 자석편(312)은 상방을 향하는 자화방향을 갖는다. 이에 따라 제1, 제3자극 자석편(311, 313)은 하방으로 자기력선을 방출하고 제2자극 자석편(312)은 상방으로 자기력선을 방출한다.

안내 자석편들(314, 315)은 자기력선을 안내하는 역할을 하며, 자화방향이 제1, 제3자극 자석편(311, 313)에서 제2자극 자석편(312) 방향으로 변하도록 배치된다.

안내 자석편들(314, 315)이 제1, 제3자극 자석편(311, 313)에서 방출된 자기력선을 제2자극 자석편(312)으로 이동시키는 바, 이에 따라 위쪽으로 나가는 자기력선은 밀집되지 못하고 퍼지게 되나, 아래쪽으로 나가는 자기력선은 밀집된다. 또한, 제1영구자석모듈(31)은 자화방향이 일정하게 형성된 영구자석을 여러 조각으로 나눈 후, 이들을 결합하여 형성될 수 있다.

제1영구자석모듈(31)은 직선 형상으로 이루어지더라도 직선방향으로 자화방향이 변하는 것이 아니라 상하방향으로 자화방향이 변한다. 따라서 제1영구자석모듈(31)은 상부에 형성되는 자기장의 세기를 최소화하면서 하부에 형성되는 자기장을 밀집시킬 수 있다.

즉 제1영구자석모듈(31)의 자기장은 제1도체판(32)이 위치하는 아래쪽 방향으로 집중되어 기존의 영구자석보다 더 큰 부상력을 얻을 수 있게 한다. 이와 같이, 제1영구자석모듈(31)과 제1도체판(32)은 서로의 사이에서 반발식(electrodynamic suspension)으로 기초 바닥(10)으로부터 운반체(20)를 부상시킨다. 즉 제1영구자석모듈(31)과 제1도체판(32) 사이에서 상대운동속도가 커지면 상대운동속도에 따라서 부상력이 생긴다.

제1영구자석모듈(31)이 추진 방향, 즉 직선으로 이동하면 페러데이(Faraday) 법칙에 의하여 전기장이 유도되며, 유도된 전기장으로 인하여 제1도체판(32)에는 전류가 발생한다.

즉, 제1영구자석모듈(31)이 움직이는 방향으로 영구자석의 자계 변화를 방해하려는 기전력이 형성되고, 이 기전력은 제1도체판(32)에 와전류(eddy current)를 발생시킨다. 와전류의 세기는 제1도체판(32)의 도전율, 제1영구자석모듈(31)의 이동 속도 및 법선방향의 자속밀도의 크기에 비례한다.

제1영구자석모듈(31)이 할바흐 배열을 가지므로 다른 배열(예, 안내 자석편들이 없고 제1, 제2, 제3자극 자석편들만의 배열)과 비교할 때, 법선방향 자속밀도가 1.4배 이상 커지므로 보다 큰 와전류를 발생시킬 수 있다. 와전류가 발생하면 로렌쯔(Lorentz)의 힘, 즉 자기력이 발생되며, 이 자기력의 수직방향 성분이 부상력으로 작용한다.

로렌쯔 힘에 의하여 부상력이 발생할 뿐만 아니라 저항력(drag-force)도 발생하는데, 저항력은 제1영구자석모듈(31)의 추진 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘을 말한다. 저항력은 저속에서는 크지만, 속도가 증가하면 점점 감소하고, 부상력은 속도가 증가할수록 더욱 커진다.

본 실시예에서 저항력은 운반체가 이동하는 방향, 즉 제1영구자석모듈(31)의 이동방향으로 발생하고, 선형전동기(40)에 의하여 운반체(20)가 고속으로 이동하므로 저항력을 최소화할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 할바흐 배열을 갖는 제1영구자석모듈(31)은 큰 부상력을 발생시킬 수 있으며, 큰 부상력을 발생시킴에 따라 종래의 자기부상 시스템에 비하여 부상을 위한 전력 소비를 현저히 감소시킬 수 있다.

본 실시예는 제1영구자석모듈(31)이 5요소(제1, 제2, 제3자극 자석편들(311, 312, 313)과 안내 자석편들(314, 315))의 할바흐 배열로 이루어진 구성을 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되지 않는다.

한편, 제1도체판(32)은 그 하측에 강자성체판(321)을 구비하여, 기초 바닥(10)에 설치된다. 일례로써, 제1도체판(32)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.

제1실시예에서와 같이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 제1도체판(32)이 강자성체판(321)을 감싸고 있으면, 제1도체판(32)은 더욱 큰 와전류를 형성할 수 있고, 이에 따라 더 큰 부상력이 발생된다.

또한, 자기부상부(30)는 제1영구자석모듈(31)의 일측에 구비되는 보조 바퀴(33)를 더 포함한다. 보조 바퀴(33)는 제1도체판(32)과 동일한 높이의 기초 바닥(10)에 접촉하거나 부상한다.

즉 제1영구자석모듈(31)과 제1도체판(32) 사이에서 부상력이 발생되지 않은 경우, 보조 바퀴(33)는 운반체(20)를 기초 바닥(10) 상에서 지지하며, 부상될 때까지 운반체(20)의 추진을 가능하게 한다.

또한, 보조 바퀴(33)는 운반체(20)의 추진 및 부상 종료 후, 운반체(20)를 정지시킬 수 있도록 구성된다. 즉 보조 바퀴(33)는 운반체(20)에 구비되는 제동장치(미도시)에 의하여 운반체(20)를 정지시킬 수도 있다.

도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(조향용))의 단면도이다. 도 3 및 도 5를 참조하면, 제1실시예의 수송 시스템(1)은 조향부(50)를 더 포함한다.

조향부(50)는 운반체(20)의 측면과 기초 바닥(10)의 제1측면(11)에 구비되어, 운반체(20)가 추진되는 방향을 조향할 수 있게 한다. 조향부(50)는 기초 바닥(10)으로부터 운반체(20)를 자기력으로 조향시키는 제2영구자석모듈(51)과 제2도체판(52)을 포함한다.

일례로써, 제2영구자석모듈(51)은 운반체(20)의 측면에 영구자석들의 배열로 구성된다. 제2도체판(52)은 제2영구자석모듈(51)의 측방에서 대향하도록 기초 바닥(10)의 제1측면(11)에 구비된다.

더 구체적으로 보면, 제2영구자석모듈(51)은 할바흐 배열(halbach array)을 갖는 직선 형상(추진 방향(y축 방향))으로 이루어진다. 제2영구자석모듈(51)은 제1영구자석모듈(31)과 동일한 구조로 형성될 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 조향부(50)는 기초 바닥(10)과 운반체(20)의 yz 평면에 대하여, 폭 방향(x축 방향)으로 배치되어, 폭 방향(x축 방향)으로 부상력을 발생시킨다.

제2영구자석모듈(51) 및 제2도체판(52)의 부상력은 자기부상부(30)가 기초 바닥(10)과 운반체(20)의 xy 평면에 대하여, 상하 방향(z축 방향)으로 배치되어 z축 방향으로 발생시키는 부상력과 방향에서 차이점을 가진다.

한편, 제2도체판(52)은 그 하측에 강자성체판(521)을 구비하여, 기초 바닥(10)에 설치된다. 일례로써, 제2도체판(52)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.

알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 제2도체판(52)이 강자성체판(521)을 감싸고 있으면, 제2도체판(52)은 더욱 큰 와전류를 형성할 수 있고, 이에 따라 더 큰 부상력이 발생되어, 안정된 조향을 가능하게 한다.

조향부(50)는 제2영구자석모듈(50)의 일측에 구비되는 조향 바퀴(53)를 더 포함한다. 조향 바퀴(53)는 제1측면(11)에 대향하는 기초 바닥(10)의 제2측면(12)에 접촉하거나 이격된다. 조향부(50)는 제2영구자석모듈(51)의 부상력을 조향 바퀴(53)로 전달하여 조향력으로 사용할 수 있게 한다.

즉 조향 바퀴(53)는 제2영구자석모듈(51)과 제2도체판(52) 사이에서 부상력이 발생되지 않은 경우, 운반체(20)에 조향력을 제공하지 않으며, 부상력이 발생되는 경우, 운반체(20)에 조향력을 제공하여, 운반체(20)를 추진 방향으로 조향할 수 있게 한다.

일례를 들면, 조향부(50)를 구비하기 위하여, 기초 바닥(10)은 운반체(20)를 향(z축 방향)하여 개방되는 설치홈(13)을 구비한다. 설치홈(13)은 설정된 폭과 깊이를 가지고 운반체(20)의 길이 방향(y축 방향)으로 형성된다.

즉 설치홈(13)은 운반체(20)의 폭 방향(x축 방향) 양측으로 서로 마주하는 제1측면(11)과 제2측면(12)을 형성한다. 운반체(20)는 설치홈(13)의 내측으로 연장되는 브래킷(21)을 구비하며, 제2도체판(52)은 제1측면(11)에 구비된다.

제2영구자석모듈(51)은 제2도체판(52)의 측방에 대향하도록 브래킷(21)에 구비된다. 즉 제2영구자석모듈(51)은 운반체(20)의 브래킷(21)에 설치되어 기초 바닥(10)의 설치홈(13)에 설치되어, 제1측면(11)에 설치된 제2도체판(52)에 대향한다.

조향부(50)의 조향 바퀴(53)는 운반체(20)에 축(22)으로 설치되어, 제2영구자석모듈(51)과 제2도체판(52) 사이에 발생되는 부상력에 의하여 제2측면(12)에 접촉하거나 이격되어 안내 및 조향 작용한다.

즉 브래킷(21)과 축(22)이 설치홈(13)을 향하여 운반체(20)의 하측에 설치되고, 제2영구자석모듈(51)이 브래킷(21)에 설치되어 설치홈(13)의 내부의 제1측면(11)에서 제2측면(12)을 향하는 부상력을 제공하므로, 조향 바퀴(53)가 축(22)에 설치되어 설치홈(13)의 제2측면(12)에 접촉되면서 운반체(20)의 추진 방향을 조향하게 된다.

도 6은 도 3의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(선형유도전동기(LIM)(추진용), short stator)의 단면도이다. 도 3 및 도 6을 참조하면, 선형전동기(40)는 기초 바닥(10) 상에서 운반체(20)를 추진(y축 방향)시키도록 로터(41)와 스테이터(42)를 포함한다.

로터(41)는 기초 바닥(10)과 운반체(20)의 서로 대향하는 일측에 설치되고, 도체판으로 형성된다. 스테이터(42)는 로터(41)에 대향하여 로터(41)와 상대 이동하도록 다른 일측에 설치되고, 코아(421)의 홈에 코일(422)을 감아서 형성된다.

예를 들면, 스테이터(42)에서 코일(422)은 3개가 설치되며, 3개의 코일들(422)이 서로 번갈아 코아(421)의 홈에 삽입되어, 사행 형상을 이룬다. 로터(41)의 도체판은 기초 바닥(10) 측에 이루어져, 스테이터(42)에 마주한다.

운반체(20)의 스테이터(42)가 이동할 때, 시간적 공간적으로 이동하는 자속이 발생하여 로터(41)의 도체판에는 와전류가 발생된다. 이 와전류와 공극 자속이 로렌츠의 힘 방정식으로 표현되는 상호 작용에 의하여 추진력이 발생한다.

제1실시예에서와 같이, 선형전동기(40)가 선형유도전동기(LIM, linear induction motor)로 이루어지면 기초 바닥(10)에 로터(41)가 설치되므로 기초 바닥(10)의 설계가 자유로워질 수 있다. 스테이터(42)가 운반체(20)에 구비되므로 숏 스테이터(short stator)를 형성한다. 즉 선형유도전동기는 운반체(20)에 설치되는 차상식 및 저속형으로 사용된다.

선형유동전동기로 이루어지는 선형전동기(40)의 스테이터(42) 코일(422)이 운반체(20)에 구비되므로 기초 바닥(10)에 설치되는 전원선(미도시)과 운반체(20)에 구비되는 픽업부(미도시)가 서로 접촉되어 코일(422)에 전력을 공급할 수 있다.

또한, 코일(422)에 전원을 공급하는 방식은 비접촉 방식으로 가능하며, 운반체(20)에 배터리(미도시)를 장착하여 사용할 수도 있으며, 이 경우, 선형유도발전기를 구비하여 배터리를 충전하여 사용할 수도 있다.

일례로써, 로터(41)는 도체판(411)과 강자성체판(412)을 포함할 수 있다. 도체판(411)은 강자성체판(412)의 상면과 측면을 덮도록 설치된다. 이때, 도체판(411)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다.

이와 같이, 도체판(411)이 강자성체판(412)을 감싸고 있으므로 도체판(411)에 더욱 큰 와전류가 형성될 수 있다. 큰 와전류는 큰 추진력을 발생시킨다.

이와 같이, 스테이터(42)의 코일(422)에 전류를 인가하게 되면 로터(41)의 도체판(141)에 와전류가 발생되면서 추진력이 발생한다. 따라서 스테이터(42)를 구비하는 운반체(20)가 로터(41)를 구비하는 기초 바닥(10) 상에서 추진된다.

이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기 설명된 실시예들과 비교하여 동일한 구성을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 수송 시스템(선형유도전동기(LIM)(추진용), long stator)의 단면도이다. 도 7을 참조하면, 제2실시예의 수송 시스템(2)에서, 선형전동기는 선형유도전동기(LIM)로 형성된다.

도 7을 참조하면, 선형전동기(240)는 기초 바닥(210) 상에서 운반체(220)를 추진(y축 방향)시키도록 스테이터(46)와 로터(45)를 포함한다. 스테이터(46)가 기초 바닥(210)에 설치된다. 로터(45)가 운반체(220)에 구비되므로 롱 스테이터(long stator)를 형성한다. 즉 선형유도전동기는 기초 바닥(210)에 설치되는 궤도식 및 고속형으로 사용된다.

선형유동전동기로 이루어지는 선형전동기(240)의 스테이터(46), 즉 코아(461)의 홈에 감긴 코일(462)이 기초 바닥(210)에 구비되므로 코일(462)에 전력 공급이 용이해진다.

로터(45)는 도체판(451)과 강자성체판(452)을 포함한다. 도체판(451)은 강자성체판(452)의 상면과 측면을 덮도록 설치된다. 이때, 도체판(451)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다.

이와 같이, 도체판(451)이 강자성체판(452)을 감싸고 있으므로 도체판(451)에 더욱 큰 와전류가 형성될 수 있다. 큰 와전류는 큰 추진력을 발생시킨다.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 수송 시스템(선형동기전동기(LSM)(추진용))의 단면도이다. 도 8을 참조하면, 제3실시예의 수송 시스템(3)에서, 선형전동기(340)는 선형동기전동기(LSM, linear synchronous motor)로 형성된다. 선형전동기(340)는 기초 바닥(210) 상에서 운반체(320)를 추진(y축 방향)시키도록 로터(47)와 스테이터(46)를 포함한다.

스테이터(46)는 기초 바닥(210)에 운반체(320)의 주행 방향(y축 방향)을 따라 설치되므로 롱 스테이터(long stator)를 형성한다. 로터(47)는 스테이터(46)에 대향하여 스테이터(46)와 상대 이동하도록 운반체(320)에 설치된다. 즉 선형동기전동기는 기초 바닥(210)에 설치되는 궤도식 및 고속형으로 사용된다.

로터(47)는 영구자석으로 형성되어 운반체(320)의 주행 방향(y축 방향)을 따라 배치되며, 일례로써, 스테이터(48)를 향하여 일정한 피치(P)를 가지고 돌출되며 동일 극성(예, N극)을 반복적으로 배치한다.

스테이터(46)에서 코일(462)이 감긴 코아(461)는 돌출되는 영구자석에 대응하는 피치(P)를 가지며, 코일(462)에 전류 인가시 주행 방향을 따라 N, S극으로 반복 형성된다.

이와 같이, 스테이터(46)의 코일(462)에 전류를 인가하게 되면, 코아(461)가 N, S극을 반복적으로 형성하면서 동일한 피치(P)를 가지는 로터(47)의 돌출된 영구자석과 자력으로 상호 작용하면서 로터(47)를 피치(P)만큼 반복적으로 이동시킨다. 따라서 로터(47)를 구비하는 운반체(320)가 스테이터(46)를 구비하는 기초 바닥(210) 상에서 추진된다. 선형동기전동기는 설정된 범위의 부하에서 동일한 속도를 유지한다.

도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 수송 시스템의 사시도이고, 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용, 조향용)과 선형동기전동기(LSM)(추진용))의 단면도이며, 도 11은 도 9의 ⅩⅠ-ⅩⅠ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용, 조향용)과 선형발전기(전력공급용))의 단면도이고, 도 12는 도 9의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(선형동기전동기(LSM)(추진용)와 선형발전기(전력공급용))의 단면도이다.

도 9 내지 도 12를 참조하면, 제4실시예의 수송 시스템(4)은 선형발전기(70)를 더 포함한다. 선형전동기(440)는 선형동기전동기(LSM, linear synchronous motor)로 형성된다

선형전동기(440)의 로터(247)는 영구자석으로 형성되어 운반체(420)의 주행 방향(y축 방향)을 따라 배치되며, 일례로써, 스테이터(46)를 향하여 일정한 피치(P)를 가지고 돌출되며 동일 극성(예, N극)을 반복적으로 배치한다.

선형발전기(70)는 스테이터(46)에 대향하여 스테이터(46)와 상대 이동하면서 스테이터(46)의 자기장을 이용하여 발전하도록 운반체(420)에 설치된다. 선형전동기(440)의 로터(247)와 선형발전기(70)는 운반체(420)에서 주행 방향(y축 방향)으로 따라 교호적으로 배치된다.

선형발전기(70)는 선형전동기(440), 즉 선형동기전동기의 스테이터(46)의 주위에 형성되는 자기장 주위로 진행하면서 전력을 생산한다. 생산된 전력은 운반체(420)에 실장되는 배터리(미도시)를 충전하고, 필요에 따라 운반체(420)의 소요에 공급될 수 있다.

도 13은 본 발명의 제5실시예에 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(할바흐 배열의 영구자석모듈(부상용, 조향용)과 선형유도전동기(LIM)(추진용))의 단면도이고, 도 14는 도 13의 ⅩⅣ-ⅩⅣ 선을 따라 잘라서 도시한 수송 시스템(선형동기전동기(LSM)(추진용)와 선형발전기(전력공급용))의 단면도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 제5실시예의 수송 시스템(5)에서 선형발전기를 더 포함한다. 선형발전기는 스테이터(46)와 선형발전기의 로터(70)를 포함한다. 선형전동기(640)와 선형발전기는 스테이터(46)를 공유한다. 선형발전기의 로터(70)는 스테이터(46)에 대향하여 스테이터(46)의 자기장을 이용하여 발전하도록 운반체(620)에 설치된다. 선형발전기의 로터(70)는 운반체(620)의 폭 방향(x축 방향)에서 2개의 로터(245) 사이에 배치되어, 운반체(620)의 주행 방향(y축 방향)으로 따라 배치된다.

따라서 선형발전기의 로터(70)는 선형전동기(640), 즉 선형유도전동기의 스테이터(46)의 주위에 형성되는 자기장 주위로 진행하면서 전력을 생산한다. 생산된 전력은 운반체(620)에 실장되는 배터리(미도시)를 충전하고, 필요에 따라 운반체(620)의 소요에 공급될 수 있다.

도 15는 본 발명의 제5실시예에 따른 수송 시스템(기초 바닥과 변형된 운반체)의 작동 상태를 도시한 사시도이다. 도 15를 참조하면, 제5실시예의 수송 시스템은 복수의 승객이 탑승하는 차실을 형성하고 있다.

즉 운반체(520)는 대차 상에 바디(521)를 직접 장착하여 차실을 형성하므로 많은 승객을 직접 수송할 수 있게 한다. 지하 터널 또는 지상의 교량을 이용하여 운반체(520)를 추진하는 경우, 교통체증이 해소될 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1, 2, 3, 4, 5: 수송 시스템 10, 210: 기초 바닥
11: 제1측면 12: 제2측면
13: 설치홈 20, 220, 320, 420, 520, 620: 운반체
21: 브래킷 22: 축
30: 자기부상부 31: 제1영구자석모듈
32: 제1도체판 33: 보조 바퀴
40, 240, 340, 440: 선형전동기 41, 45, 47, 245, 247: 로터
42, 46, 48: 스테이터 50: 조향부
51: 제2영구자석모듈 52: 제2도체판
53: 조향 바퀴 70: 선형발전기의 로터
311, 312: 제1, 제2자극 자석편 313: 제3자극 자석편
314, 315: 안내 자석편 321, 521: 강자성체판
411, 451: 도체판 412, 452: 강자성체판
421, 461: 코아 422, 462: 코일
521: 바디 B: 교량
P: 피치 T: 지하 터널
V: 자동차

Claims

기초 바닥;
상기 기초 바닥 상에서 부상하여 추진하도록 상하로 서로 대향하는 운반체;
상기 운반체에 구비되는 할바흐 배열(halbach array)의 제1영구자석모듈과 상기 제1영구자석모듈의 하방에서 대향하도록 상기 기초 바닥에 구비되는 제1도체판을 가지는 자기부상부;
상기 기초 바닥과 상기 운반체 중 일측에 설치되는 로터와 상기 로터에 대향하여 상기 로터와 상대 이동하도록 다른 일측에 설치되는 스테이터를 가지는 선형전동기; 및
상기 운반체의 측면에 구비되는 할바흐 배열(halbach array)의 제2영구자석모듈과 상기 제2영구자석모듈의 측방에 대향하도록 상기 기초 바닥의 제1측면에 구비되는 제2도체판을 가지는 조향부
를 포함하며,
상기 기초 바닥은
상기 운반체를 향하는 상향 개방되고 상기 운반체의 길이 방향으로 형성되는 설치홈을 구비하고,
상기 설치홈은
상기 운반체의 폭 방향 양측으로 상기 제1측면과 상기 제1측면에 마주하는 제2측면을 형성하며,
상기 제1영구자석모듈은 상기 운반체의 하부에 설치되고, 상기 제1도체판은 상기 기초 바닥의 상부에 설치되며,
상기 제2영구자석모듈은 상기 운반체의 하부에 설치되어 상기 설치홈 내에 배치되고, 상기 제2도체판은 상기 기초 바닥의 상부에 형성되는 상기 설치홈의 상기 제1측면에 설치되며,
상기 로터와 상기 스테이터 중 하나는 상기 기초 바닥의 상부에 설치되고, 다른 하나는 상기 운반체의 하부에 설치되는 수송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 운반체는
자동차를 탑재하는 대차로 형성되는 수송 시스템.
제2항에 있어서,
상기 운반체는
상기 대차 상에 바디를 설치하여 복수의 승객이 탑승하는 차실을 형성하는 수송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 기초 바닥은
지하 터널에 시설되거나 지상의 교량에 설치되는 수송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 자기부상부는
상기 제1영구자석모듈의 일측에 구비되어, 상기 기초 바닥에 접촉하거나 부상하는 보조 바퀴
를 더 포함하는 수송 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 조향부는
상기 제2영구자석모듈의 일측에 구비되어, 상기 제1측면에 대향하는 상기 기초 바닥의 제2측면에 접촉하거나 이격되는 조향 바퀴
를 더 포함하는 수송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 운반체는
상기 설치홈의 내측으로 연장되는 브래킷을 구비하며,
상기 제2도체판은 상기 제1측면에 구비되고,
상기 제2영구자석모듈은
상기 제2도체판의 측방에 대향하도록 상기 브래킷에 구비되는 수송 시스템.
제8항에 있어서,
상기 조향부의 조향 바퀴는
상기 운반체에 축으로 설치되어 상기 제2측면에 접촉하거나 이격되어 상기 운반체의 추진을 안내 및 조향하는 수송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 선형전동기는 선형유도전동기(linear induction motor)로 형성되며,
상기 로터는
상기 기초 바닥에 상기 운반체의 주행 방향을 따라 설치되고,
상기 스테이터는
상기 로터에 대향하여 상기 로터와 상대 이동하도록 상기 운반체에 설치되는 수송 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 선형전동기는 선형동기전동기(linear synchronous motor)로 형성되며,
상기 스테이터는
상기 기초 바닥에 상기 운반체의 주행 방향을 따라 설치되고,
상기 로터는
상기 스테이터에 대향하여 상기 스테이터와 상대 이동하도록 상기 운반체에 설치되는 수송 시스템.
제12항에 있어서,
상기 스테이터에 대향하여 상기 스테이터와 상대 이동하면서 상기 스테이터의 자기장을 이용하여 발전하도록 상기 로터와 함께 상기 운반체에 설치되는 선형발전기
를 더 포함하는 수송 시스템.
제13항에 있어서,
상기 선형전동기의 로터와 상기 선형발전기는
상기 운반체에서 상기 주행 방향으로 따라 교호적으로 배치되는 수송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 선형전동기는 선형유도전동기로 형성되며,
상기 스테이터는
상기 기초 바닥에 상기 운반체의 주행 방향을 따라 설치되고,
상기 로터는
상기 스테이터에 대향하여 상기 스테이터와 상대 이동하도록 상기 운반체에 설치되는 수송 시스템.
제15항에 있어서,
선형발전기를 더 포함하며,
상기 선형발전기는
상기 선형전동기와 공유하는 상기 스테이터, 및
상기 스테이터에 대향하여 상기 스테이터와 상대 이동하면서 상기 스테이터의 자기장을 이용하여 발전하도록 상기 운반체에 설치되는 로터
를 포함하는 수송 시스템.
제16항에 있어서,
상기 선형발전기의 로터는
상기 운반체의 폭 방향에서 상기 선형전동기의 로터들 사이에 배치되고, 상기 운반체의 주행 방향으로 따라 배치되는 수송 시스템.