KR20140087674A - 안내 전자석 변환 스위치부를 갖는 자기부상 시스템 및 이의 정지 방법 - Google Patents

안내 전자석 변환 스위치부를 갖는 자기부상 시스템 및 이의 정지 방법 Download PDF

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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 설치되며 상기 궤도의 길이 방향을 따라 이격 배치된 복수 개의 추진용 영구자석과, 상기 대차에 고정되며 상기 추진용 영구자석과 마주하도록 설치된 추진 전자석, 및 상기 추진 전자석에 추진력을 발생시키는 전류벡터 성분과 안내력을 발생시키는 전류벡터 성분을 포함하는 구동 전류를 인가하는 인버터를 포함한다.

Description

안내 전자석 변환 스위치부를 갖는 자기부상 시스템 및 이의 정지 방법{MAGNETIC LEVITATION SYSTEM HAVING SWITCH FOR GUIDE ELCTROMAGNETIC AND STOPING METHOD THEREOF}
본 발명은 자기부상 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 안내 전자석 변환 스위치부를 갖는 자기부상 시스템 및 자기부상 시스템의 정지 방법에 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 시스템의 정지를 위해서는 추진력을 감소시키고, 제동장치를 작동시켜야 한다. 자기부상 시스템의 경우, 바퀴로 구동하지 않으므로 바퀴의 제동력에 의하여 정지하는 것이 쉽지 않은 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자기부상으로 진행하는 대차가 설정된 위치에 용이하게 정지할 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 금속판과, 상기 대차에 고정되며 상기 안내 자성체판과 마주하도록 설치된 안내 전자석, 및 상기 안내 전자석에 인가되는 전류의 방향을 전환하는 스위치부를 포함한다.
상기 금속판과 상기 안내 전자석은 지면에 대하여 세워져 배치되고, 상기 대차의 폭방향으로 마주하도록 배치될 수 있으며, 상기 금속판은 상기 궤도의 양쪽 측단에 고정 설치될 수 있다.
상기 안내 전자석은 상기 스위치부와 연결된 정지 안내 전자석과 상기 스위치부와 연결되지 않은 지정 안내 전자석을 포함할 수 있다.
상기 정지 안내 전자석과 상기 지정 안내 전자석은 상기 궤도의 길이 방향을 따라 교대로 배열될 수 있다.
상기 정지 안내 전자석과 상기 지정 안내 전자석은 상기 스위치부에 의하여 서로 이웃하는 자극이 반대가 되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 자기부상 시스템의 정지 방법 자기력에 의하여 부상하여 이동하는 자기부상 시스템의 정지 방법에 있어서, 서로 이웃하는 안내 전자석에 인가되는 전류의 방향이 반대방향이 되도록 하는 전류 전환 단계, 및 서로 이웃하는 안내 전자석의 자극이 반대방향으로 전환되어 대차에 정지력을 인가하는 정지 단계를 포함한다.
상기 전류 전환 단계는 상기 안내 전자석에 연결 설치된 스위치부를 이용하여 전류의 방향을 역방향으로 전환시킬 수 있다.
상기 정지 단계는 상기 안내 전자석에 형성된 2개의 돌기에서 발생하는 자기력선의 방향이 서로 반대 방향이 될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 시스템은 안내 전자석에 역전류를 인가하여 안내 전자석에 의하여 정지력을 발생시킴으로써 대차를 보다 안정적이고 용이하게 정지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 시스템을 폭방향으로 잘라 본 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안내용 전자석과 인버터의 연결 상태를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안내용 전자석에 역전류가 인가된 상태를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안내용 전자석의 자기력선을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안내용 전자석에 역 자기력이 생성된 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 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 부상용 강자성체판(127)이 고정 설치되며, 부상용 강자성체판(127)의 양쪽 가장자리에는 아래로 돌출된 돌기가 형성된다. 부상용 강자성체판(127)의 돌기는 아래에서 상술하는 부상 전자석(114)의 코어(114a)에 형성된 돌기와 마주하도록 배치된다.
또한 거더(122)의 상면에는 추진용 영구자석(125)이 설치되는 바, 복수개의 추진용 영구자석(125)이 궤도(120)의 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(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 기둥(121)을 향하여 돌출된 브라켓(113)이 설치되며, 브라켓(113)에는 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)과 대향하도록 설치된다.
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. 부상 전자석(114)은 부상용 강자성체판(127)과 마주하여 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)을 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.
측면 지지부(112b)의 내측면에는 안내 전자석(160)이 고정 설치된다. 안내 전자석(160)은 복수 개의 코어(161)를 갖는 바, 코어(161)에는 코어(161)를 감싸는 코일(162)이 설치된다. 안내 전자석(160)은 지면에 대하여 수직으로 세워져 배치되며 대차(110)의 측방향 양측에 각각 안내 전자석(160)이 배치된다.
한편, 궤도(120)에는 안내 전자석과 마주하도록 배치된 금속판(171)이 설치되는 바, 금속판(171)은 강자성체로 이루어질 수 있다. 금속판(171)은 안내 전자석(160)에서 소정 간격 이격되어 마주하며, 궤도(120)의 길이 방향을 따라 이어져 배치된다. 또한, 금속판(171)은 거더(122)의 측단에 고정 설치되는 바, 금속판(171)은 지면에 대하여 수직인 방향으로 세워져 배치된다. 이 때, 안내 전자석(160)과 금속판(171)이 서로 끌어 당겨서 안내력을 발생시킨다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안내용 전자석과 인버터의 연결 상태를 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안내용 전자석에 역전류가 인가된 상태를 도시한 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 안내 전자석(160)은 스위치부(181)와 연결된 정지 안내 전자석(160a)과 스위치부(181)와 연결되지 않은 지정 안내 전자석(160b)을 포함한다. 정지 안내 전자석(160a)은 지정 안내 전자석(160b) 사이에 배치되는 바, 이에 따라 정지 안내 전자석(160a)은 지정 안내 전자석(160b)은 궤도의 길이 방향을 따라 교대로 배치된다.
정지 안내 전자석(160a)과 지정 안내 전자석(160b)은 인버터(180)와 연결 설치되어 인버터(180)로부터 전력을 공급 받는다. 인버터(180)는 안내 전자석(160)에 설정된 전압으로 전력을 공급한다. 정지 안내 전자석(160a)에는 스위치부(181)가 연결 설치되며, 스위치부(181)는 정지 안내 전자석(160a)에 인가되는 전류의 방향을 전환하는 역할을 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 안내 전자석(160)이 금속판(171)을 끌어 당겨 대차(110)를 폭방향 중앙에 위치하도록 안내하는 경우에는 정지 안내 전자석(160a)과 지정 안내 전자석(160b)에 동일한 방향의 전류가 흐른다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 이웃하는 정지 안내 전자석(160a)과 지정 안내 전자석(160b)의 자극은 동일하게 된다.
정지 안내 전자석(160a)과 지정 안내 전자석(160b)의 코어(161)에는 두 개의 돌기가 형성되는 바, 돌기 중의 어느 하나가 N극을 갖고, 다른 하나가 S극을 갖는다. 또한, 정지 안내 전자석(160a)의 N극과 지정 안내 전자석(160b)의 N극은 서로 이웃하도록 배치되고, 정지 안내 전자석(160a)의 S극과 지정 안내 전자석(160b)의 S극은 서로 이웃하도록 배치된다.
이에 따라 자기력선은 정지 안내 전자석(160a)의 N극에서 나와 정지 안내 전자석(160a)의 S극으로 들어간다. 또한, 자기력선은 지정 안내 전자석(160b)의 N극에서 나와 지정 안내 전자석(160b)의 S극으로 들어간다. 이에 따라 각 안내 전자석(160)에서의 자기력선의 방향은 동일한 방향이 되며, 자기력에 의하여 대차(110)는 궤도(120)의 폭방향 중앙에 위치할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 스위치부(181)가 작동하여 정지 안내 전자석(160a)과 지정 안내 전자석(160b)에 서로 다른 방향의 전류가 흐르는 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 이웃하는 정지 안내 전자석(160a)과 지정 안내 전자석(160b)의 자극은 반대가 된다.
즉, 정지 안내 전자석(160a)의 N극과 지정 안내 전자석(160b)의 S극은 서로 이웃하도록 배치되고, 정지 안내 전자석(160a)의 S극과 지정 안내 전자석(160b)의 S극은 서로 이웃하도록 배치된다.
이에 따라 자기력선은 정지 안내 전자석(160a)의 N극에서 나와 지정 안내 전자석(160b)의 S극으로 들어간다. 또한, 자기력선은 지정 안내 전자석(160b)의 N극에서 나와 정지 안내 전자석(160a)의 S극으로 들어간다.
이에 따라 각 안내 전자석(160)이 금속판(171)에 대하여 작용하는 자기력선의 방향은 반대 방향이 되므로 자기력에 의하여 대차(110)에는 정지력이 발생하게 된다.
상기한 바와 같이 본 실시에 따르면 안내 전자석(160)의 전류 제어를 통해서 대차(110)에 정지력을 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 대차(110)를 용이하고 안정적으로 설정된 위치에 정지시킬 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 자기부상 시스템(100)의 정지 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 자기부상 시스템(100)의 정지 방법은 서로 이웃하는 안내 전자석(160)에 인가되는 전류의 방향이 반대 방향이 되도록 하는 전류 전환 단계와, 서로 이웃하는 안내 전자석(160)의 자극이 반대방향으로 전환되어 안내 전자석(160)과 마주하는 금속판(171)에 정지력을 인가하는 정지 단계를 포함한다.
전류 전환 단계에서는 정지 안내 전자석(160a)에 연결 설치된 스위치부(181)를 이용하여 정지 안내 전자석(160a)에 이웃하는 지정 안내 전자석(160b)과 반대 방향의 전류가 흐르도록 제어한다.
정지 단계에서는 일측 안내 전자석(160)의 자극과 이와 이웃하는 타측 안내 전자석(160)의 자극이 반대방향이 되도록 한다. 이때, 일측 안내 전자석(160)이 정지 안내 전자석(160a)이 되고, 타측 안내 전자석(160)이 지정 안내 전자석(160b)이 된다. 이에 따라 정지 안내 전자석(160a)의 N극과 지정 안내 전자석(160b)의 S극은 서로 이웃하게 되고, 정지 안내 전자석(160a)의 S극과 지정 안내 전자석(160b)의 S극은 서로 이웃하게 된다.
또한 정지 단계에서는 안내 전자석(160)에 형성된 2개의 돌기에서 발생하는 자기력선의 방향은 서로 반대 방향이 된다. 즉, 정지 안내 전자석(160a)의 N극에서 자기력선이 나와 지정 안내 전자석(160b)의 S극으로 들어가게 되고, 지정 안내 전자석(160b)의 N극에서 자기력선이 나와 정지 안내 전자석(160a)의 S극으로 들어간다. 이에 따라 서로 다른 방향으로 작용하는 자기력이 금속판(171)을 잡아 당겨서 정지력을 형성한다.
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: 부상 전자석 120: 궤도
121: 기둥 122: 거더
125: 추진용 영구자석 127: 부상용 강자성체판
130: 추진 전자석 140: 댐퍼
150: 대차 상판 160: 안내 전자석
160a: 정지 안내 전자석 160b: 지정 안내 전자석
171: 금속판 180: 인버터
181: 스위치부

Claims (9)

  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 금속판;
    상기 대차에 고정되며 상기 안내 자성체판과 마주하도록 설치된 안내 전자석; 및
    상기 안내 전자석에 인가되는 전류의 방향을 전환하는 스위치부;
    를 포함하는 자기부상 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 금속판과 상기 안내 전자석은 지면에 대하여 세워져 배치되고, 상기 대차의 폭방향으로 마주하도록 배치된 자기부상 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 금속판은 상기 궤도의 양쪽 측단에 고정 설치된 자기부상 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 안내 전자석은 상기 스위치부와 연결된 정지 안내 전자석과 상기 스위치부와 연결되지 않은 지정 안내 전자석을 포함하는 자기부상 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 정지 안내 전자석과 상기 지정 안내 전자석은 상기 궤도의 길이 방향을 따라 교대로 배열된 자기부상 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 정지 안내 전자석과 상기 지정 안내 전자석은 상기 스위치부에 의하여 서로 이웃하는 자극이 반대가 되도록 제어되는 자기부상 시스템.
  7. 자기력에 의하여 부상하여 이동하는 자기부상 시스템의 정지 방법에 있어서,
    서로 이웃하는 안내 전자석에 인가되는 전류의 방향이 반대방향이 되도록 하는 전류 전환 단계; 및
    서로 이웃하는 안내 전자석의 자극이 반대방향으로 전환되어 대차에 정지력을 인가하는 정지 단계;
    를 포함하는 자기부상 시스템의 정지 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 전류 전환 단계는 상기 안내 전자석에 연결 설치된 스위치부를 이용하여 전류의 방향을 역방향으로 전환시키는 자기부상 시스템의 정지 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 정지 단계는 상기 안내 전자석에 형성된 2개의 돌기에서 발생하는 자기력선의 방향이 서로 반대 방향이 되는 자기부상 시스템의 정지 방법.
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