KR20100011805U

KR20100011805U - 자기부상열차 키트

Info

Publication number: KR20100011805U
Application number: KR2020090006379U
Authority: KR
Inventors: 성석경
Original assignee: 성석경
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-12-07

Abstract

본 고안은 펄스 형태의 스위칭 보드와 전자석, 영구자석으로 작동하는 학습용 자기부상열차 장치에 관한 것이다.

본 고안의 내용은

1. 전자석이 있는 열차에 전류가 흐르면 열차의 앞부분이 S극으로 되고, 고정 영구자석의 N극과 흡인하게 되는 성질을 이용하여 앞으로 이동한다.

2. 앞으로 이동한 전자석의 뒷부분은 N극이 되고 레일의 영구자석 N극 근처로 끌려가게 되어 열차는 반발하게 된다. 이때 순간적으로 펄스형태의 스위칭 보드의 접전부의 -극과 접하게 되어 전자석이 있는 열차의 앞부분이 S극에서 N극으로 바뀌고 N극이 반발하여 앞으로 이동한다.

3. 이때 N극으로 열차의 앞부분이 영구자석의 N극과 반발하여 앞으로 이동한다.

4. 이러한 원리가 반복되면서 전자석이 있는 열차는 앞으로 계속 이동한다.

이상의 내용을 주 내용으로 하고 있다.

본 고안에 따르면 학습용 자기부상열차를 작동하는 전자석 열차, 고무 자석과 영구자석으로 된 레일(궤도), 전원의 극성을 바꿔주는 펄스형태의 스위칭 보드, 레일박스 제작에 필요한 아크릴, 직류전압을 공급하는 전원 정류장치인 아답터로 구성되어있다.

스위칭 보드, 막대형 고무자석, 영구자석, 스프링, 스위칭 보드 지지대(아크릴), 레일 지지대(아크릴), 레일 박스 판넬(아크릴), 전자석(솔레노이드), 열차 몸체(아크릴), 전원 공급 정류장치인 아답터

Description

자기부상열차 키트{Magnetic Levitation Train Kit for Study}

본 고안은 전자석을 이용하여 작동하는 자기부상열차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전원공급용 정류장치인 아답터, 스위칭 보드, 막대형 고무자석, 영구자석, 전자석(솔레노이드), 스프링, 아크릴을 사용하여 여러 형태의 레일과 열차를 만들 수 있는 자기부상열차 키트에 관한 것이다.

현재 시중에 판매되고 있는 자기부상열차의 경우 일반적으로 자석과 자석 사이의 양극(N극)과 음극(S극) 사이에 흡인력이 작용하고, 동일한 극 사이에 반발력이 작용하는 원리를 이용하여 열차를 부상시켜 리니어 모터에 프로펠러로 추진력을 만들어 열차를 움직여 달리게 하거나, 대부분 완성된 모형으로 시판되어 사용자가 직접 제작해 볼 수 없어서 비교육적이며 창의적이지 못하다.

따라서 최근에 초등학교 및 중학교 기술,과학 교육과정의 비중이 중요시됨에 따라 기존의 자기부상열차 키트로는 자기부상열차를 이해하는데 한계가 있어 본 자기부상열차 키트를 고안해 자기부상열차의 원리를 쉽게 이해하기 위함이다.

본 고안의 배경기술은 전자석 열차에 전류가 흐르면 열차의 앞부분이 S극으로 되고, 고정 영구자석의 N극과 흡인하게 되는 성질을 이용하여 차가 앞으로 이동 하게 된다.

이동한 전자석 열차의 뒷부분은 N극이 되어 고정 영구자석의 N극과 반발하므로 앞으로 이동함과 동시에 다시 펄스형태의 스위칭 보드 접전부의 +극이 -극으로 바뀌어 기존 S극이었던 열차의 앞부분이 N극으로 바뀌고 레일에 고정된 영구자석의 S극에 끌려 전진하고, 전자석 열차의 뒷부분은 다시 N극이 되어 고정 영구자석인 N극과 반발하므로 앞으로 전진하게 된다.

따라서 전자석 열차는 앞으로 계속 전진하여 전자 접점인 스프링이 펄스형태의 스위칭 보드의 접전부가 -극에서 +극으로 바뀜과 동시에 전자석의 자성체도 N극에서 S극으로 바뀌는 흡인 작용과 반발 작용을 반복하며 전진하게 된다.

레일 양 옆에 설치된 영구 고무자석은 전자석(자기부상열차)에 고정된 영구자석과 반발하여 자기부상열차 차체는 계속 떠 있어 앞으로 나가는데 장애물이 없으므로 소음이 없고 전기에너지는 자기부상열차가 가속될수록 소모가 줄어 이상적인 운송수단이 되고 있다.

이상의 원리를 이용한 기술로써 자석의 원리에 대해 알 수 있으며, 관련법칙으로 렌츠의 법칙, 페레데이 법칙에 대해 이해할 수 있다.

자기부상열차란 전기 자기력에 의해 레일에서 일정한 높이로 차량이 부상하여 달리는 열차를 말한다. 따라서 해결과제로 전자석의 N극과 S극의 흡인력 또는 반발력을 응용하여 차량과 레일간이 떨어져 공간이 유지된 상태로 달리는 방식으로 땅과 열차가 닿지 않은 이른바 "나는 열차"를 구현해야하는 과제를 안고 있다.

본 고안에 따르면 자기부상열차를 제작해 볼 수 있도록 레일박스용 아크릴판, 스위칭 보드, 고무자석, 영구자석, 전자석(솔레노이드), 스프링을 주 재료로 하여 전원공급장치로 전기를 공급하여 주행하는 것을 특징으로 하는 학습용 부상열차 키트가 제공된다.

이하 본 고안의 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 고안에 따른 자기부상열차의 완성도로 열차 및 레일의 재질은 아크릴 및 자석이며, 모양은 창의적으로 제작해 볼 수 있다.

도2는 펄스형 스위칭 보드로 동박으로 인쇄되어 있는 구조로써, 직류 전원의 (+), (-)를 스위칭할 수 있게 하였다. 조립된 열차에 전기를 넣어 전자석이 되게하여 N극, S극이 스위칭 되게함과 동시에 자석의 흡인력과 반발력 성질을 이용하여 열차가 부상하면서 주행하게 한다.

도3은 자기부상열차가 부상하여 주행할 수 있는 레일의 구조도이다. 레일은 같은 극(N극 또는 S극)인 강한 고무자석(자성체)을 양쪽으로 깔고 그사이에 영구자 석을 일정한 간격으로 N극, S극, N극, S극-----의 순서로 배치하여 붙인다. 간격은 스위칭보드에 펄스 형태가 변한 부분에 기준으로 한다. 이것은 열차가 부상된 상태에서 열차가 주행하게 하고 전자석 끝이 스위칭 보드에 의해 N극이 되었다가 S극이되어 레일사이의 영구자석이 또한 N극, S극이 서로 교차되어 반발과 흡인의 성질을 이용하여 주행하게 한다.

도4는 열차 본체로 고무자석을 양쪽 가이드쪽에 레일에 깔려 있는 막대자석의 극성과 같게 하여 (예로 궤도에 N극이면 열차에도 N극으로 마주보게 함) 서로 반발하게끔 레일 위에 열차가 부상하게 한다. 그리고 전자석(솔레노이드) 코일에 전류가 흐르게 하는 에나멜선에 스프링을 결합시켜 전자석이 되게 한다. 이 전자석은 N극, S극이 교대로 스위칭 보드에 의하여 강한 자석이 되어 레일에 연속적으로 깔려 있는 영구자석이 N극, S극, N극, S극 -----에 의해 열차의 전자석과 서로 흡인력과 반발력으로 열차가 추진력을 얻어 움직여 달리게 한다.

이상에서와 같이 본 고안에 의하여 스위칭 보드, 막대형 고무자석, 영구자석, 전자석(솔레노이드), 스프링, 아크릴을 사용하여 자기부상열차를 작동시킬 수 있으며 여러가지 형태로 자기부상열차를 제작할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도5의 밑판에 좌,우판을 접착제를 사용하여 U모양의 레일을 완성한다.

도6의 레일 안쪽(내부에) 레일 가이드를 접착제 사용하여 양쪽 옆판에 붙인다.

도7의 레일 내부에 윗면이 같은 극끼리 고무 자석을 테이프를 이용하여 붙인다. 고무자석 300mm 4개중 2개는 200mm로 잘라서 부착한다. 이때 주의할 점은 고무자석의 윗면은 모두 같은 극으로 해야하며, 앞,뒷판을 접착제를 이용하여 부착한다.

도8의 스위칭 보드 밑부분에 스위칭 보드 가이드를 접착제로 부착한다.

그리고 접착제를 이용하여 스위칭 보드 레일 양끝에 맞추어 부착한다.

도9의 영구자석은 양면테잎을 이용하여 원안의 그림과 같은 위치에 부착한다.

그리고 극은 순차적(N->S->N->S->N 순서로)으로 바꾸어준다.

또한 자석의 거리는 그림과 같이 스위칭 보드 동박면과 동박면 중앙에 테이프를 이용하여 붙인다.

도10의 열차 부분에 차체 가이드를 접착제를 이용하여 부착한다.

도11의 100mm남은 고무자석을 80mm으로 잘라 테이프를 이용하여 레일의 고무자석 극의 반대 방향으로 붙인다. 이때 주의할 점은 레일 고무자석(N극)과 열차 고무자석(N극)이 같게 서로 마주보게 해야한다.

도12의 열차 몸체에 전자석을 끼운다. 그리고 전자석의 윗면이 5mm나오도록 한다. 또한 전자석에서 나오는 2개의 코일선은 구멍을 통하여 밖으로 나오게 한다.

도13의 열차 몸체에서 나오는 2개의 코일선은 스프링에 연결하고 스프링을 그림과 같이 곡선모양으로 만든다. 그리고 스프링과 차체 2개의 구멍에 맞추어 나사를 집어 넣어 조인다. 이때 주의할 점은 스프링의 간격은 언제나 스위칭 보드의 +,-극에 접촉 되어야 한다.

참고사항으로 전원전압공급장치의 +극인 적색을 집게선과 스위칭 보드(PCB)의 접점부의 +극에 연결하고 나머지 흑색선은 -극에 연결한다. 연결 후에 약간 밀어서 동작을 도와준다. 또한 전원공급장치(아답터)의 +,- 극을 바꾸어 주면 열차가 반대로 움직인다.

도 1은 본 고안의 따른 자기부상열차 키트의 완성도

도 2는 자기부상열차의 펄스형태의 스위칭 보드

도 3은 자기부상열차 레일(궤도) 구조도

도 4는 자기부상 열차의 실체도

도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13은 고안의 조립구조도

Claims

스위칭 보드, 막대형 고무자석, 영구자석, 전자석(솔레노이드), 스프링, 아크릴을 이용하여 자기부상열차의 작동 및 다양한 모양의 자기부상열차를 제작해 볼 수 있는 것을 특징으로 하는 학습용 자기부상열차 키트