KR20120015502A - 초전도부재를 이용한 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템 - Google Patents

초전도부재를 이용한 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20120015502A
KR20120015502A KR1020100077656A KR20100077656A KR20120015502A KR 20120015502 A KR20120015502 A KR 20120015502A KR 1020100077656 A KR1020100077656 A KR 1020100077656A KR 20100077656 A KR20100077656 A KR 20100077656A KR 20120015502 A KR20120015502 A KR 20120015502A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
superconducting
magnetic
train
cryogenic
floating
Prior art date
Application number
KR1020100077656A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101137968B1 (ko
Inventor
박찬배
이병송
이형우
김남포
Original Assignee
한국철도기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국철도기술연구원 filed Critical 한국철도기술연구원
Priority to KR1020100077656A priority Critical patent/KR101137968B1/ko
Publication of KR20120015502A publication Critical patent/KR20120015502A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101137968B1 publication Critical patent/KR101137968B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/04—Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00—Other railway systems
    • B61B13/08—Sliding or levitation systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B25/00—Tracks for special kinds of railways
    • E01B25/30—Tracks for magnetic suspension or levitation vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/30—Railway vehicles

Abstract

본원 발명은 자기부상열차 등을 위한 초전도부재를 이용한 자속 반발식 부상방식의 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템을 개시한다. 개시된 자기부상시스템은, 열차의 하부 양측면에 궤도의 상부 양측부에 설치되는 부상전자석부의 외부면을 감싸도록 설치되어 극저온 용매의 주입 또는 배출에 따라 초전도 상태와 상전도 상태가 변화되도록 설치되는 차상측초전도부;와, 궤도의 상부 양측 단부면에 설치되어 일정한 세기의 직류전원에 의해 자기장을 발생시키는 부상전자석부;를 포함하여, 상기 부상전자석부에 직류전원을 공급시켜 자기장을 발생시키고 상기 차상측초전도부에 극저온 냉매를 주입하여 초전도 상태를 나타내는 임계온도 이하로 냉각시키는 것에 의해 열차에 반발식 부상력을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

초전도부재를 이용한 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템{MAGNETICALLY LEVITATED SYSTEM AND MAGNETICALLY LEVITATED VEHICLE SYSTEM USING SUPERCONDUCTOR}
본원 발명은 초전도부재를 이용한 자속 반발식 부상방식의 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템에 관한 것이다.
최근 인구의 증가와 생활영역의 확대, 고유가 등에 따라 대중 교통의 혁신적인 차세대 교통수단에 대한 요구가 증가되어 왔다.
이러한 차세대 교통수단은 고속, 내구성, 안전성 등과 같은 여러 요구사항을 만족하여야 하며, 편리하고 환경 친화적이며 유지보수가 간단하고 경량화 및 대량 운송이 가능할 것을 요구한다.
기존 철도시스템과 달리 전자석을 이용하여 바퀴를 대체하고 안내 궤도에서 부상하여 어떠한 접촉도 없이 전자기적으로 추진력을 발생하여 운송되는 자기부상열차는 이러한 요구 조건을 만족하는 가장 적합한 시스템 중 하나로 부각되고 있다.
이러한 자기부상시스템의 자기부상 방식은 부상력을 발생시키는 차상과 궤도에 설치되는 자성체의 종류에 따라 크게 전자석과 강자성체, 영구자석과 강자성체, 전자석과 전자석, 영구자석과 영구자석, 전자석과 영구자석을 이용하는 방식으로 구분이 가능하다. 또한 부상 방식에 따라 흡인력을 이용하는 흡인식 부상방식과 반발력을 이용하는 반발식 부상방식으로 구분이 가능하다.
상기 자기부상부상시스템의 자기 부상 방식 중 현재 가장 널리 사용되는 자기부상 방식으로는 상전도 흡인식 자기부상 방식과 초전도 반발식 자기부상 방식을 들 수 있다.
도 1은 종래기술의 상전도 흡인식 자기부상 방식이 적용된 자기부상 시스템을 나타내는 도면이고,도 2는 종래기술의 초전도 반발식 자기부상 방식이 적용된 자기부상 시스템(20)의 부분 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래기술의 상전도 흡인식 자기부상 시스템(10)은, 열차(1)의 차상에 설치되는 코일을 이용한 직류전자석(11)과 측 방향 안내전자석(13), 궤도(2)에 설치되는 강자성체(12)와 측 방향 강자성체(14)를 포함하여, 직류전자석(11)에 인가되는 전류를 조절하여 흡인력을 조절하는 것에 의해 열차(1)의 부상을 조절하도록 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 초전도 반발식 자기부상 시스템(20)은, 열차(1, 도 1 참조)의 차상에 설치되는 초전도 코일을 이용하는 직류전자석(21)과, 궤도(2)에 설치되는 8자 형태의 부상용 코일(22)을 포함하여, 흡인력과 반발력을 동시에 이용하여 열차(1)를 부상시키도록 구성된다.
그러나 상술한 종래기술의 상전도 흡인식 자기부상 시스템(10)은 부상을 위한 직류전자석(11)이 추진을 위한 선형동기전동기의 계자 역할도 해야 한다. 따라서 복잡한 자기적 메커니즘에 의해 부상하는 직류전자석(11)의 정밀 전류제어가 수반되어야 하는 어려움이 있으며 큰 진동 문제를 포함하여 시스템의 안정도가 떨어진다. 또한 열차(1) 진행방향의 측 방향으로 작용하는 힘을 제어하기 위하여 별도로 설치되는 측 방향 안내전자석(13)에 대한 별도의 제어를 수행해야 하는 어려움이 있다.
그리고 상기 초전도 반발식 자기부상 시스템(20)은 높은 직류자장을 만들어 주기 위하여 열차(1)의 차상에 설치되는 직류전자석(21)에 고가의 초전도 코일(21a)이 적용되어야 하며, 초전도 코일(21a)을 권선하고 기계적으로 고정시키고 냉각채널을 추가해야 하는 등의 제작상의 복잡한 과정을 거쳐야 한다.
또한 궤도(2a) 상에 부상/안내를 위해 설치되는 8자 형태의 부상용 코일(22)은 제작 및 유지보수에 고비용이 소요되는 문제점을 가진다.
또한 궤도(2a) 양 측면 상에 추진을 위한 3상 전기자 코일(23)과 부상/안내를 위한 8자 형태의 부상용 코일(22)이 겹쳐서 설치되므로 자기적 중첩에 의한 자속의 왜곡이 발생하게 되며, 이는 자기부상열차의 고속주행 시 소음과 진동에 악 영향을 주는 문제점을 가진다.
또한 종래기술의 고속용 자기부상열차의 경우 선형전동기의 계자가 부상력과 추진력을 제공하여야 하므로 이를 제어하기 위하여 전자석이 적용되어야 하기 때문에 선형전동기의 제작이 어렵고 가격이 높아지는 문제점이 있었다.
따라서 본원 발명은 자기부상열차의 자기부상을 위한 전류제어를 수행함이 없이 초전도부재의 상변화가 발생하는 임계 온도 조절을 수행하는 것만으로 자기 부상력과 안내력을 동시에 안정적으로 제어할 수 있도록 하고, 이로 인해 자기 부상을 위한 전력 제어 알고리즘 및 기술을 적용하지 않도록 함으로써 경제적이며 안정적인 부상력을 확보할 수 있도록 하는 자기부상열차의 자기부상 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은 또한 열차의 고속 주행 중에도 진동이 적은 자기부상열차의 자기부상 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 초전도 벌크 자석을 이용한 자기부상시스템은, 열차의 하부 양측면에 궤도의 상부 양측부에 설치되는 부상전자석부의 외부면을 감싸도록 설치되어 극저온 용매의 주입 또는 배출에 따라 초전도 상태와 상전도 상태가 변화되도록 설치되는 차상측초전도부;와, 궤도의 상부 양측 단부면에 설치되어 일정한 세기의 직류전원에 의해 자기장을 발생시키는 부상전자석부;를 포함하여, 상기 부상전자석부에 직류전원을 공급시켜 자기장을 발생시키고 상기 차상측초전도부에 극저온 냉매를 주입하여 초전도 상태를 나타내는 임계온도 이하로 냉각시키는 것에 의해 열차에 반발식 부상력을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 차상측초전도부는, 상기 부상전자석부를 감싸도록 상기 열차의 하부 양측에서 하 방향으로 돌출 형성되는 차상고정프레임의 서로 대향하는 내부면에 각각 설치되는 차상측자기장차폐부재;와, 상기 부상전자석부의 측면과 저면에 대향하는 상기 차상측자기장차폐부재의 면 각각에 극저온 냉매의 주입 또는 배출이 가능하게 설치되는 다수의 극저온 용기;와, 상기 극저온 용기들의 내부에 설치되는 초전도부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 차상측자기장차폐부재는, 상기 부상전자석부의 상부면과 대향하는 면에 극저온 냉매의 주입 또는 배출이 가능하고 내부에 상기 초전도부재가 설치되는 극저온 용기;를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 초전도부재는 초전도벌크마그넷으로 구성될 수 있다.
상기 부상전자석부는, 궤도의 양측부를 따라 설치되는 강자성체코어;와, 상기 강자성체코어의 단면의 대각선 양단부 각각에 안착되어 인접된 전력케이블 사이에서의 자속 방향이 강자성체코어의 내부로 유입되는 방향 또는 외부로 유출되는 방향 중 어느 하나의 동일한 방향이 되도록 직류 전류를 흐르도록 하는 다수의 전력케이블;을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 강자성체코어는, 전력케이블안착부를 형성하도록 대각석을 이루는 네 꼭지점이 절삭되어 단면이 '╋'형을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 강자성체코어는 또한, 일정 길이를 가지도록 형성되어 궤도를 따라 일정 간격을 가지도록 배치될 수도 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 초전도부재를 이용한 자기부상열차 시스템은, 차상고정프레임이 절곡된 내측면이 서로 대향하도록 하부 저면 양측에 설치된 열차;와, 상기 차상고정프레임의 절곡된 내부에서 궤도의 상부 양측부에 설치되는 부상전자석부의 외측면과 저면을 감싸도록 설치되는 차상측자기장차폐부재와, 내부에 초전도부재가 장착되고 극저온 용매의 주입 또는 배출하도록 구성되어 차상측자기장차폐부재의 부상전자석부와 대향하는 면 각각에 설치되는 다수의 극저온 용기를 구비한 차상측초전도부;와, 궤도;와, 궤도의 양측부를 따라 설치되는 다수의 강자성체코어와, 상기 강자성체코어의 단면의 대각선 양단부 각각에 안착되어 인접된 전력케이블 사이에서의 자속 방향이 강자성체코어의 내부로 유입되는 방향 또는 외부로 유출되는 방향 중 어느 하나의 동일한 방향이 되도록 직류 전류를 흐르도록 하는 다수의 전력케이블을 구비한 부상전자석부;를 포함하여, 상기 부상전자석부에 직류전원을 공급시켜 자기장을 발생시키고 상기 극저온 용기들에 극저온 냉매를 주입하여 초전도부재를 초전도 상태를 나타내는 임계온도 이하로 냉각시키는 것에 의해 열차에 발반식 부상력을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 차상측자기장차폐부재는 상기 부상전자석부의 상부면을 더 감싸도록 형성되고, 상기 부상전자석부의 상부면과 대향하는 상기 차상측자기장차폐부재의 면에는 내부에 초전도부재가 설치되고 극저온 냉매의 주입 또는 배출이 가능한 극저온 용기가 더 설치될 수도 있다.
상기 강자성체코어는, 전력케이블안착부를 형성하도록 대각석을 이루는 네 꼭지점이 절삭되어 단면이 '╋'형을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 강자성체코어는 또한, 일정 길이를 가지도록 형성되어 궤도를 따라 일정 간격을 가지도록 배치될 수도 있다.
상기 자기부상열차시스템은 또한, 상기 열차의 저면 중심에 설치되는 선형전동기계자;와, 상기 궤도의 상부 중심에서 상기 선형전동기계자와 대향하도록 설치되는 선형전동기전기자;를 구비하여 상기 부상전자석부와 독립적으로 설치되는 선형전동기를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 선형전동기계자는 영구자석이고, 상기 선형전동기전기자는 전자석으로 구성될 수도 있다.
상술한 본원 발명은 궤도에 설치된 부상전자석부의 전력케이블에 일정 크기의 직류만 흘려주고, 열차의 차상에 설치된 초전도부재를 극저온 냉매를 이용하여 임계온도(Tc) 이하로 낮춰주는 것에 의해 열차를 부상시킬 수 있도록 함으로써 열차의 부상을 위한 별도의 전류제어 알고리즘 및 기술이 필요하지 않게 되어 자기부상시스템이 간결해지고 이로 인해 자기부상시스템을 경제적으로 제작할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본원 발명은 자기부상을 위한 초전도부재를 열차의 차상 측 방향에 설치하는 것에 의해 열차가 부상하여 주행하는 경우 주행방향의 양 측면으로 작용하는 안내력의 제어 또한 용이하게 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본원 발명은 외부에서 초전도부재에 힘이 가해져도 자속고정(Flux-Pinning) 효과에 의해 초전도부재 내부는 자화상태를 유지하려 는 특성이 아주 강하기 때문에 일정 공극의 유지가 가능하여 열차의 고속 주행 중에도 진동의 발생을 최소화시키며, 고속주행의 안정성 및 신뢰성을 높이는 효과를 제공한다.
또한, 본원 발명은 부상전자석부와 추진용 선형동기전동기를 분리 설치하는 것에 의해 선형동기전동기의 계자가 부상력을 위한 별도의 제어를 수행하지 않아도 되어 선형동기전동기의 계자를 영구자석으로 대체할 수 있도록 한다. 이에 따라 기존의 전자석형 계자에 비해 계자의 크기 및 무게를 줄일 수 있으며, 전자석형 계자의 경우처럼 별도의 계자 전원이 필요하지 않기 때문에 경제적이며 간편하고 안정적인 추진용 선형동기전동기 적용을 가능하게 하는 효과를 제공한다.
또한, 본원 발명은 추진용 선형동기전동기의 무게 감소에 의해 자기부상열차 차량의 중량 감소시킬 수 있도록 하여 차량제작 및 운행의 경제성을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래기술의 상전도 흡인식 자기부상 방식이 적용된 자기부상 시스템(10)을 나타내는 도면이고,
도 2는 종래기술의 초전도 반발식 자기부상 방식이 적용된 자기부상 시스템(20)의 부분 사시도이다.
도 3은 본원 발명의 자기부상시스템(50)의 단면도를 포함하는 열차(100)와 궤도(200)의 정면도,
도 4는 본원 발명의 부상전자석부(210)를 포함하는 궤도(200)와 차상고정프레임(200)의 일부 사시도이다.
이하, 본원 발명의 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 본원 발명의 초전도 벌크 마그넷을 이용한 자기부상 시스템(50)(이하, '자기부상 시스템(50)'이라 함)의 단면도를 포함하는 자기부상열차시스템의 정면도이고, 도 4는 본원 발명의 부상전자석부(210)을 포함하는 궤도(200)와 차상고정프레임(200)의 일부 사시도이다.
본원 발명의 실시예에 따르는 자기부상 시스템(50)은 초전도체의 마이스너(Messiner) 효과를 이용한 자속 반발식 자기부상열차의 부상시스템으로서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 자기부상열차(100)(이하 '열차(100)'라 함)의 저면 양측에 설치되는 차상고정프레임(111)들과, 차상고정프레임(111)의 내부에 설치되는 차상측자기장차폐부재(112)와, 차상측자기장차폐부재(112)의 내부에 설치되는 극저온용기(120)들과, 극저온용기(120)들의 내부에 설치되는 초전도벌크마그넷(130)과, 열차(100)의 중심 방향에 위치하는 열차(100)의 저면 중심에 설치되는 선형전동기계자(310)와, 궤도(200)의 양측 단부에 각각 설치되는 부상전자석부(210)들과, 궤도(200)의 상부면 중심에서 선형전동기계자(310)와 대향하도록 설치되는 선형전동기전기자(320)들을 포함하여 구성된다.
차상고정프레임(111)들은 열차(100)의 저면 양측에서 하 방향으로 돌출된 후 'ㄴ'자 형상의 단면을 가지도록 궤도(200)측으로 절곡된 관형으로, 궤도날개(202)의 측 단부에 설치되는 부상전자석부(210)의 상부, 측면 및 저면을 감싸도록 설치되어 부상전자석부(210)와 초전도벌크마그넷(130)의 마이스너(Meissner) 효과에 의해 생성되는 반발력에 의한 자기부상력을 열차(100)로 전달하여 열차(100)를 부양 상태로 유지하도록 구성된다.
높은 투자율을 가지는 차상측자기장차폐부재(112)들은 궤도(200)의 상부 양측 단부에 설치되는 부상전자석부(210)의 상부면과 측면과 저면을 감싸도록 'ㄷ'자 형상의 단면을 가지는 관형으로, 차상고정프레임(111)의 절곡된 'ㄴ'자형 단면의 내 측면에 고정 장착된다.
차상측자기장차폐부재(112)들의 'ㄷ'자의 단면의 부상전자석부(210)와 대향하는 내부면 각각에는 초전도벌크마그넷(130)이 장착되고 극저온 냉매의 주입 또는 배출을 제어할 수 있도록 구성되는 극저온용기(120)들이 설치된다. 본원 발명의 초전도부재의 실시 예로서의 상기 초전도벌크마그넷(130)은 제 2 종 초전도체로 구성될 수 있다.
상기 차상측자기장차폐부재(112)와 내부에 초전도벌크마그넷(130)을 내장하고 극저온 냉매의 주입 또는 배출에 의해 온도 조절을 수행하도록 구성되어 차상측자기장차폐부재(112)의 절곡된 내측면에 각각 설치되는 극저온용기(120)들을 포함하여 본원 발명의 차상측초전도부(110)라 한다.
선형전동기계자(310)는 궤도(200) 상부면 중심에 설치되는 선형전동기전기자(320)와 대향하도록 열차(100)의 저면 중심부에 설치된다. 이러한 구성의 선형전동기계자(310)는 궤도(200)에 설치되는 선형전동기전기자(320)와의 상호 작용에 의해 추진력을 제공하기만 하면 되므로 영구자석으로 구성될 수 있게 된다. 이에 따라 자기부상방식으로 운행되는 열차(100)에서 종래의 경우 전자석 방식을 적용한 선형전동기계자에 비하여 선형전동기계자(310)의 구조가 간소화되고, 코일의 권선을 필요로 하지 않으므로 열차(100)의 무게를 감소시킬 수 있는 등의 효과를 제공하게 된다.
상기 궤도(200)는 궤도지지대(201)와 궤도지지대(201)의 상부에서 양측으로 돌출되는 궤도날개(202)를 포함하여 구성된다.
상기 부상전자석부(210)는 단면 영역이 이루는 사각형의 네 개의 꼭지점 위치가 전력케이블안착부(221)를 이루도록 절삭되어 '╋'형 단면 형상을 가지는 강자성체코어(220)와, 전력케이블안착부(221)에 안착되어 직류가 흐르는 전력케이블(230)을 포함하여 차상측자기장차폐부재(112)의 절곡된 내부면으로 삽입될 수 있도록 궤도날개(202)의 양 측면에는 각각 설치된다. 상기 전력케이블(230)은 궤도(200)를 따라 전력케이블안착부(221)에 직선상으로 설치되거나, 강자성체코어(220)들 마다 권취될 수 있다. 상기 강자성체코어(220)는 열차(100)의 주행 방향을 따라 일정 길이를 가지도록 형성되어 궤도(200)를 따라 일정 간격을 가지는 열을 이루도록 궤도날개(202)에 각각 설치된다.
선형전동기전기자(320)는 전자석으로 형성되며, 궤도(200)의 상부면 중심에 선형전동기계자(310)와 대향하도록 설치된다.
상기 선형전동기계자(310)와 선형전동기전기자(320)가 선형전동기(300)를 형성한다. 상기 선형전동기(300)는 동기 방식의 선형전동기일 수 있다.
상기 궤도(200)는 부상전자석부(210)와 선형전동기전기자(320)가 위치되는 부분에 궤도자기장차폐부재(212)가 구비되어 절연 및 자기장 차폐가 이루어지도록 구성된다.
상술한 구성에서 열차(100)와 궤도(200)를 포함하는 전체 시스템이 본원 발명의 자기부상열차시스템이 된다.
이하, 상기 구성을 가지는 자기부상시스템(50)에 의한 열차(100)의 자기부상 동작 과정과 선형전동기(300)에 의한 열차(100)의 주행동작 과정을 설명한다.
상술한 구성을 가지는 자기부상시스템(50)에서 열차(100)의 자기 부상을 위하여 도 3 및 도 4와 같이 강자성체코어(220)의 대각선 상의 양 꼭지점에 형성된 전력케이블안착부(221)에 안착되는 전력케이블(230)에는 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 하고, 서로 다른 대각선 상에 위치되는 전력케이블(230)에는 서로 반대 방향으로 전류가 흐르도록 전류가 인가된다. 이에 의해 도 4와 같이 강자성체코어(220)의 좌상 및 우하를 연결하는 대각선의 양단부에 형성된 전력케이블안착부(221)에 위치되는 전력케이블(230a)에는 도면을 기준으로 들어가는 방향으로 직류 전류가 흐르고, 강자성체코어(220)의 우상 및 좌하를 연결하는 대각선의 양단부에 형성된 전력케이블안착부(221)에 위치되는 전력케이블(230b)에는 도면을 기준으로 나오는 방향으로 직류 전류가 흐르게 된다. 이에 따라 강자성체코어(220)의 우측면 상부면 및 저면의 각각의 전력케이블(230) 사이의 영역에는 차상측자기장차폐부재(112)의 내부 측면에 부착된 극저온용기(120) 측이 S극이 되고 강자성체코어(220) 측이 N극이 되도록 자기장이 형성된다. 상기 구성에서 상기 전력케이블(230)에 흐르는 직류 전류의 방향은 상술한 바와 반대가 될 수도 있다.
강자성체코어(220)의 각각의 극저온용기(120)에 대향하는 면에 상술한 바와 같은 자기장이 형성된 후에는 극저온용기(120) 내부로 극저온 냉매를 유입시키는 것에 의해 극저온용기(120)의 내부 온도를 초전도벌크마그넷(130)의 초전도 상태가 되는 임계 온도(Tc) 이하로 냉각시켜 초전도벌크마그넷(130)을 초전도체 상을 가지도록 한다.
초전도벌크마그넷(130)이 초전도체 상을 가지게 되면 마이스너(Meissner) 효과에 의해 초전도벌크마그넷(130)의 외주면에는 강자성체코어(220)에서 형성된 자기장과 반대 방향의 자기장을 형성하도록 하는 전류 흐름이 형성되어 초전도벌크마그넷(130)과 강자성체코어(220) 사이에 척력이 발생하게 된다.
이에 따라 차상측자기장차폐부재(112)의 'ㄷ'자형 단부 중 내부면 저면에 부착된 극저온용기(120)의 초전도벌크마그넷(130)과 강자성체코어(220)와의 척력은 열차(100)의 부상력으로 작용한다.
그리고 차상측자기장차폐부재(112)의 'ㄷ'자형 단부 중 내부면 측면과 상부면에 부착된 극저온용기(120)에 위치된 초전도벌크마그넷(130)과 강자성체코어(220)와의 척력은 차상측자기장차폐부재(112)의 상부면 및 측면과 부상전자석부(210)의 상부면 및 측단부면 사이가 일정 공극을 유지하도록 하는 안내력으로 작용한다.
상술한 바와 같이 열차(100)가 자기부상 상태가 된 후에는 선형전동기(300)의 선형전동기전기자(320)에 전류를 인가하여 영구자석으로 구성되는 선형전동기계자(310)와 상호 작용하는 것에 의해 열차(100)에 추진력을 제공한다.
본원 발명의 실시예에서 내부에 초전도 벌크 마그넷(130)이 설치되는 극저온 용기(120)는 부상전자석부(210)의 측면과 저면에 대향하는 차상측자기장차폐부재(112)의 면에만 설치될 수 있다. 이 경우 상기 선형전동기(300)의 선형전동기계자(310)와 선형전동기전기자(320)가 전자석으로 구성되어 추진력 및 선형전동기계자(310)와 선형전동기전기자(320) 사이의 공극 형성을 위한 반발력을 동시에 제공하게 된다.
100: 열차, 110: 차상측초전도부, 111: 차상고정프레임, 112: 차상측자기장차폐부재, 120: 극저온용기, 130: 초전도벌크마그넷
200: 궤도, 202: 궤도날개, 210: 부상전자석부, 220: 강자성체코어, 221: 전력케이블안착부, 230; 전력케이블
300: 선형전동기, 310: 선형전동기계자, 320: 선형전동기전기자

Claims (13)

  1. 열차의 하부 양측면에 궤도의 상부 양측부에 설치되는 부상전자석부의 외부면을 감싸도록 설치되어 극저온 용매의 주입 또는 배출에 따라 초전도 상태와 상전도 상태가 변화되도록 설치되는 차상측초전도부;와,
    궤도의 상부 양측 단부면에 설치되어 일정한 세기의 직류전원에 의해 자기장을 발생시키는 부상전자석부;를 포함하여,
    상기 부상전자석부에 직류전원을 공급시켜 자기장을 발생시키고 상기 차상측초전도부에 극저온 냉매를 주입하여 초전도 상태를 나타내는 임계온도 이하로 냉각시키는 것에 의해 열차에 반발식 부상력을 제공하는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상시스템.
  2. 청구항 1항에 있어서, 상기 차상측초전도부는,
    상기 부상전자석부를 감싸도록 상기 열차의 하부 양측에서 하 방향으로 돌출 형성되는 차상고정프레임의 서로 대향하는 내부면에 각각 설치되는 차상측자기장차폐부재;와,
    상기 부상전자석부의 측면과 저면에 대향하는 상기 차상측자기장차폐부재의 면 각각에 극저온 냉매의 주입 또는 배출이 가능하게 설치되는 다수의 극저온 용기;와,
    상기 극저온 용기들의 내부에 설치되는 초전도부재;를 이용한 자기부상시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 차상측자기장차폐부재는,
    상기 부상전자석부의 상부면과 대향하는 면에 극저온 냉매의 주입 또는 배출이 가능하고 내부에 상기 초전도부재가 설치되는 극저온 용기;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상시스템.
  4. 청구항 1항에 있어서, 상기 부상전자석부는,
    궤도의 양측부를 따라 설치되는 강자성체코어;와,
    상기 강자성체코어의 단면의 대각선 양단부 각각에 안착되어 인접된 전력케이블 사이에서의 자속 방향이 강자성체코어의 내부로 유입되는 방향 또는 외부로 유출되는 방향 중 어느 하나의 동일한 방향이 되도록 직류 전류를 흐르도록 하는 다수의 전력케이블;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상시스템.
  5. 청구항 4항에 있어서, 상기 강자성체코어는,
    전력케이블안착부를 형성하도록 대각석을 이루는 네 꼭지점이 절삭되어 단면이 '╋'형을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상시스템.
  6. 청구항 4항 또는 청구항 5항에 있어서,
    상기 강자성체코어는 일정 길이를 가지도록 형성되어 궤도를 따라 일정 간격을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상시스템.
  7. 청구항 1항 내지 청구항 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초전도부재는 초전도벌크마그넷으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상시스템.
  8. 차상고정프레임이 절곡된 내측면이 서로 대향하도록 하부 저면 양측에 설치된 열차;와,
    상기 차상고정프레임의 절곡된 내부에서 궤도의 상부 양측부에 설치되는 부상전자석부의 외측면과 저면을 감싸도록 설치되는 차상측자기장차폐부재와, 내부에 초전도부재가 장착되고 극저온 용매의 주입 또는 배출하도록 구성되어 차상측자기장차폐부재의 부상전자석부와 대향하는 면 각각에 설치되는 다수의 극저온 용기를 구비한 차상측초전도부;와,
    궤도;와,
    궤도의 양측부를 따라 설치되는 다수의 강자성체코어와, 상기 강자성체코어의 단면의 대각선 양단부 각각에 안착되어 인접된 전력케이블 사이에서의 자속 방향이 강자성체코어의 내부로 유입되는 방향 또는 외부로 유출되는 방향 중 어느 하나의 동일한 방향이 되도록 직류 전류를 흐르도록 하는 다수의 전력케이블을 구비한 부상전자석부;를 포함하여,
    상기 부상전자석부에 직류전원을 공급시켜 자기장을 발생시키고 상기 극저온 용기들에 극저온 냉매를 주입하여 초전도부재를 초전도 상태를 나타내는 임계온도 이하로 냉각시키는 것에 의해 열차에 발반식 부상력을 제공하는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상열차 시스템.
  9. 청구항 8항에 있어서,
    상기 차상측자기장차폐부재는 상기 부상전자석부의 상부면을 더 감싸도록 형성되고,
    상기 부상전자석부의 상부면과 대향하는 상기 차상측자기장차폐부재의 면에는 내부에 초전도부재가 설치되고 극저온 냉매의 주입 또는 배출이 가능한 극저온 용기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상열차 시스템.
  10. 청구항 8항에 있어서, 상기 강자성체코어는,
    전력케이블안착부를 형성하도록 대각석을 이루는 네 꼭지점이 절삭되어 단면이 '╋'형을 가지는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상열차 시스템.
  11. 청구항 8항에 있어서, 상기 강자성체코어는,
    일정 길이를 가지도록 형성되어 궤도를 따라 일정 간격을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상열차 시스템.
  12. 청구항 8항에 있어서,
    상기 열차의 저면 중심부에 설치되는 선형전동기계자;와,
    상기 궤도의 상부면 중심부에서 상기 선형전동기계자와 대향하도록 설치되는 선형전동기전지가;를 구비하여,
    상기 부상전자석부와 독립적으로 설치되는 선형전동기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상열차 시스템.
  13. 청구항 12항에 있어서,
    상기 선형전동기계자는 영구자석이고, 상기 선형전동기전기자는 전자석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도부재를 이용한 자기부상열차 시스템.
KR1020100077656A 2010-08-12 2010-08-12 초전도부재를 이용한 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템 KR101137968B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100077656A KR101137968B1 (ko) 2010-08-12 2010-08-12 초전도부재를 이용한 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100077656A KR101137968B1 (ko) 2010-08-12 2010-08-12 초전도부재를 이용한 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120015502A true KR20120015502A (ko) 2012-02-22
KR101137968B1 KR101137968B1 (ko) 2012-04-26

Family

ID=45838156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100077656A KR101137968B1 (ko) 2010-08-12 2010-08-12 초전도부재를 이용한 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101137968B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101465010B1 (ko) * 2013-06-25 2014-11-26 한국철도기술연구원 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조
CN105539461A (zh) * 2016-02-04 2016-05-04 湖北师范学院 一种真空轨道磁悬浮列车系统
CN106671823A (zh) * 2017-02-22 2017-05-17 西南交通大学 一种高温超导永磁双面悬浮输运系统
KR20180047355A (ko) * 2016-10-31 2018-05-10 한국철도기술연구원 철도 차량용 저상 대차
CN109412376A (zh) * 2018-12-29 2019-03-01 扬州大学 一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机
CN110182061A (zh) * 2019-06-17 2019-08-30 山西中海威轨道交通工程有限公司 一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统
CN110295519A (zh) * 2019-07-17 2019-10-01 中铁第四勘察设计院集团有限公司 带冷却系统的高温超导磁悬浮轨道及磁悬浮列车运行方法
CN114132185A (zh) * 2021-11-25 2022-03-04 江西理工大学 一种稀土永磁悬浮轨道稳定性提升系统及方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102348816B1 (ko) 2015-01-22 2022-01-06 한국전기연구원 초전도 직류 케이블의 발생 자기장을 이용한 자기 부상 장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05122808A (ja) * 1991-10-16 1993-05-18 Ebara Corp 搬送装置
JPH05328538A (ja) * 1992-05-14 1993-12-10 Toshiba Corp 磁気浮上搬送装置
JP3152775B2 (ja) * 1992-12-07 2001-04-03 株式会社東芝 磁気浮上装置
JP3810932B2 (ja) * 1998-11-12 2006-08-16 株式会社日立製作所 非接触誘導集電装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101465010B1 (ko) * 2013-06-25 2014-11-26 한국철도기술연구원 자기부상원리를 이용한 철도차량의 연결 구조
CN105539461A (zh) * 2016-02-04 2016-05-04 湖北师范学院 一种真空轨道磁悬浮列车系统
KR20180047355A (ko) * 2016-10-31 2018-05-10 한국철도기술연구원 철도 차량용 저상 대차
KR101881153B1 (ko) * 2016-10-31 2018-07-23 한국철도기술연구원 철도 차량용 저상 대차
CN106671823A (zh) * 2017-02-22 2017-05-17 西南交通大学 一种高温超导永磁双面悬浮输运系统
CN109412376A (zh) * 2018-12-29 2019-03-01 扬州大学 一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机
CN109412376B (zh) * 2018-12-29 2023-10-17 扬州大学 一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机
CN110182061A (zh) * 2019-06-17 2019-08-30 山西中海威轨道交通工程有限公司 一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统
CN110182061B (zh) * 2019-06-17 2024-01-26 山西中海威轨道交通工程有限公司 一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统
CN110295519A (zh) * 2019-07-17 2019-10-01 中铁第四勘察设计院集团有限公司 带冷却系统的高温超导磁悬浮轨道及磁悬浮列车运行方法
CN110295519B (zh) * 2019-07-17 2024-03-15 中铁第四勘察设计院集团有限公司 带冷却系统的高温超导磁悬浮轨道及磁悬浮列车运行方法
CN114132185A (zh) * 2021-11-25 2022-03-04 江西理工大学 一种稀土永磁悬浮轨道稳定性提升系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101137968B1 (ko) 2012-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101137968B1 (ko) 초전도부재를 이용한 자기부상시스템 및 자기부상열차시스템
Lee et al. Review of maglev train technologies
JP4846237B2 (ja) 磁気浮遊システム
US8402899B2 (en) Magnetically levitated railway
CN108306477B (zh) 高速磁悬浮直线电磁推进系统
CN111284330B (zh) 一种高温超导电动磁悬浮列车
CN101192463B (zh) 应用于电磁悬浮式高速磁浮列车的高温超导磁体
KR101009465B1 (ko) 할바흐 배열을 이용한 자기 부상 시스템 및 자기 부상 방법
CN111845367B (zh) 高温超导磁悬浮启停系统
CN106926743A (zh) 涡流阻尼器及磁悬浮车
KR20140087674A (ko) 안내 전자석 변환 스위치부를 갖는 자기부상 시스템 및 이의 정지 방법
CN110808678A (zh) 一种应用于磁悬浮列车的超导直线电机
CN101771327A (zh) 采用高温超导块材磁体的直线悬浮推进系统
KR101069334B1 (ko) 세그먼트 구조를 갖는 리니어 모터 및 자기부상 시스템
US20180030662A1 (en) Rail-bound maglev train
JP2012253945A (ja) 磁気浮上式列車用起磁力補助装置
US5586504A (en) Dual-keel electrodynamic maglev system
JP2010252413A (ja) 磁気浮上移動システム
CN111497633A (zh) 一种8字形线圈高温超导电动磁悬浮列车系统
CN206841206U (zh) 涡流阻尼器及磁悬浮车
JP2009177888A (ja) 磁気浮上機構
CN113765259B (zh) 一种永磁电动悬浮式直线驱动装置
KR102348816B1 (ko) 초전도 직류 케이블의 발생 자기장을 이용한 자기 부상 장치
Ohashi Effect of the active damper coils of the superconducting magnetically levitated bogie in case of acceleration
CN102350956B (zh) 集成悬浮导向牵引功能的磁浮机构

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160411

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee