KR20150068092A - 안내 기능을 갖는 추진 전자석을 포함하는 자기부상 시스템 - Google Patents

안내 기능을 갖는 추진 전자석을 포함하는 자기부상 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 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 배치된 복수 개의 추진용 영구자석들과, 상기 대차에 고정되며 상기 추진용 영구자석의 제1면과 마주하도록 설치된 제1 추진 전자석과, 상기 대차에 고정되며 상기 추진용 영구자석의 상기 제1면과 반대방향을 향하는 제2면과 마주하도록 설치된 제2 추진 전자석, 및 상기 제1 추진 전자석의 전류 세기를 제어하는 제1 안내 제어부를 포함한다.

Description

안내 기능을 갖는 추진 전자석을 포함하는 자기부상 시스템{MAGNETIC LEVITATION SYSTEM COMPRISING PROPULSION ELECTROMAGNET HAVING GUIDING FUNCTION}
본 발명은 자기부상 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 안내 기능을 갖는 추진 전자석을 포함하는 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 추진 전자석을 포함하는 자기부상 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 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 배치된 복수 개의 추진용 영구자석들과, 상기 대차에 고정되며 상기 추진용 영구자석의 제1면과 마주하도록 설치된 제1 추진 전자석과, 상기 대차에 고정되며 상기 추진용 영구자석의 상기 제1면과 반대방향을 향하는 제2면과 마주하도록 설치된 제2 추진 전자석, 및 상기 제1 추진 전자석의 전류 세기를 제어하는 제1 안내 제어부를 포함한다.
상기 제2 추진 전자석과 연결되어 제2 추진 전자석의 전류 세기를 제어하는 제2 안내 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 추진용 영구자석의 제1면과 제2면은 각각 상기 대차의 서로 다른 측단을 향하도록 설치될 수 있다.
상기 추진용 영구자석은 상기 궤도의 폭방향 중앙에 배치된 지지대 상에 세워져 설치될 수 있으며, 상기 추진용 영구자석은 지지부재를 매개로 상기 궤도의 상면에 대하여 수직으로 고정 설치될 수 있다.
상기 추진용 영구자석들은 서로 다른 자극이 인접하도록 배열될 수 있으며, 상기 제1 추진용 영구자석에는 제1 추진 제어부가 연결 설치되고, 상기 제1 추진 제어부는 상기 제1 추진용 영구자석에 공급되는 전류를 제어하며, 상기 제1 추진 제어부와 상기 제1 안내 제어부는 서로 다른 위상의 전류를 제어할 수 있다.
상기 제2 추진용 영구자석에는 제2 추진 제어부가 연결 설치되고, 상기 제2 추진 제어부는 상기 제2 추진용 영구자석에 공급되는 전류를 제어하며, 상기 제2 추진 제어부는 서로 다른 위상의 전류를 제어할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 시스템은 궤도에 대하여 수직으로 세워져 배치된 제1 추진 전자석과 제2 추진 전자석이 추진력과 안내력을 발생시키므로 별도의 안내 전자석 없이도 안내기능을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 시스템을 폭방향으로 잘라 본 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 추진용 영구자석과 추진 전자석을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석 사이의 추진력과 안내력을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석을 도시한 단면도이다.
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 이어져 배열된다. 또한, 추진용 영구자석(171)은 궤도(120)의 길이 방향을 따라 서로 다른 자극이 인접하도록 배열된다. 어느 하나의 추진용 영구자석(171)의 N극에는 이와 이웃하는 추진용 영구자석(171)의 S극이 인접하도록 배치된다.
추진용 영구자석(171)은 지지부재(171a)를 매개로 궤도(120)의 상면에서 수직으로 세워져 배치된다.
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 궤도(120)의 폭방향 중앙을 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 비상 시에 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.
보기 프레임(112)의 상부에는 마주하는 보기 프레임(112)을 향하여 돌출된 돌출부(112a)가 형성되며 이 돌출부(112a)의 하면에 지지대(163, 164)가 고정 설치된다. 지지대(163, 164)는 보기 프레임(112)에서 궤도를 향하여 아래로 돌출되도록 설치되며, 보기 프레임(112)의 하면에 대하여 수직으로 배치된다.
일측 지지대(163)에는 제1 추진 전자석(161)이 설치되고, 제1 추진 전자석(161)은 추진용 영구자석(171)과 마주하도록 설치된다. 타측 지지대(164)에는 제2 추진 전자석(162)이 설치되고, 제2 추진 전자석(162)도 추진용 영구자석(171)과 마주하도록 설치된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진용 영구자석과 추진 전자석을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하며, 제1 추진 전자석(161)은 추진용 영구자석(171)과 평행하도록 배치되며 지지대(163)에 고정된 코어(161a)와 코어(161a)를 감싸는 코일(161b)을 포함한다. 제2 추진 전자석(162)은 추진용 영구자석(171)과 평행하도록 배치되며 지지대(164)에 고정된 코어(162a)와 코어(162a)를 감싸는 코일(162b)을 포함한다. 제1 추진 전자석(161)은 추진용 영구자석(171)의 제1면과 마주하도록 설치되고, 제2 추진 전자석(162)은 추진용 영구자석(171)의 제2면과 마주하도록 설치된다. 여기서 제1면과 제2면은 서로 반대방향을 향하는 면이 된다. 복수개의 제1 추진 전자석(161)과 제2 추진 전자석(162)이 추진용 영구자석(171)을 사이에 두고 서로 마주하도록 배치된다.
제1 추진 전자석(161)과 제2 추진 전자석(162)이 추진용 영구자석(171)을 끌어 당겨서 추진력을 발생시킨다. 여기서 추진 전자석(161, 162)과 추진용 영구자석(171)이 선형동기모터를 이룬다.
제1 추진 전자석(161)에는 제1 추진 전자석(161)에 공급되는 전류의 세기를 제어하는 제1 안내 제어부(165)가 설치되고, 제2 추진 전자석(162)에는 제2 추진 전자석(162)에 공급되는 전류의 세기를 제어하는 제2 안내 제어부(167)가 설치된다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1 추진 전자석(161)과 제2 추진 전자석(162)은 추진용 영구자석(171)을 끌어 당기는 힘을 작용하여 대차(110)의 진행방향으로 작용하는 추진력(F1)과 대차(110)의 측방향을 향하는 안내력(F2)을 발생시킨다.
제1 안내 제어부(165)는 제1 추진 전자석(161)에 공급되는 전류 중 안내력에 관여하는 위상의 전류를 조절하여 안내력을 제어한다. 또한 제2 안내 제어부(167)는 제2 추진 전자석(166)에 공급되는 전류 중 안내력에 관여하는 위상의 전류를 조절하여 안내력을 제어한다.
제1 추진 전자석(161) 및 제2 추진 전자석(162)에는 3상의 전류가 인가되며 전류는 위상에 따라 추진력에 관여하는 성분과 안내력에 관여하는 성분으로 나누어질 수 있다. 이에 제1 안내 제어부(165)와 제2 안내 제어부(167)는 안내력에 관여하는 전류 성분의 세기를 제어한다.
즉, 제1 추진 전자석(161)과 추진용 영구자석(171) 사이의 간격이 증가하여 대차가 일측으로 치우치면 제1 안내 제어부(165)에서 제1 추진 전자석(161)에 공급되는 전류 중 안내력에 관여하는 위상의 전류 세기를 증가시킨다. 이에 따라 제1 추진 전자석(161)이 추진용 영구자석(171)을 끌어 당기는 힘이 증가하며 대차(110)는 궤도(120)의 중앙에 위치할 수 있다.
또한, 제2 추진 전자석(162)과 추진용 영구자석(171) 사이의 간격이 증가하여 대차가 일측으로 치우치면 제2 안내 제어부(167)에서 제2 추진 전자석(162)에 공급되는 전류 중 안내력에 관여하는 위상의 전류 세기를 증가시킨다. 이에 따라 제2 추진 전자석(162)이 추진용 영구자석(171)을 끌어 당기는 힘이 증가하며 대차(110)는 궤도(120)의 중앙에 위치할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 추진 전자석과 추진용 영구자석을 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 제1 추진 전자석(161)에는 제1 추진 제어부(168)와 제1 안내 제어부(165)가 함께 설치된다. 제1 추진 전자석(161)에는 3상 전류가 인가되고 제1 추진 전자석(161)에 인가되는 전류는 위상에 따라 추진력에 관여하는 성분과 안내력에 관여하는 성분으로 나누어질 수 있다.
제1 추진 제어부(168)는 제1 추진 전자석(161)에 공급되는 전류 중 추진력을 발생시키는 위상의 전류 세기를 제어하여 추진력을 제어한다. 제1 안내 제어부(165)는 제1 추진 전자석(161)에 공급되는 전류 중 안내력을 발생시키는 전류 세기를 제어하여 안내력을 제어한다. 제1 추진 제어부(168)와 제1 안내 제어부(165)는 서로 다른 위상의 전류를 제어하며 이에 따라 제1 추진 제어부(168)에 의하여 추진력이 제어되고 제1 안내 제어부(165)에 의하여 안내력이 제어되므로 추진 전자석만을 이용하여 추진력과 안내력을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
또한 제2 추진 전자석(162)에는 제2 추진 제어부(169)와 제2 안내 제어부(167)가 함께 설치된다. 제2 추진 전자석(162)에는 3상 전류가 인가되고 제2 추진 전자석(162)에 인가되는 전류는 위상에 따라 추진력에 관여하는 성분과 안내력에 관여하는 성분으로 나누어질 수 있다.
제2 추진 제어부(169)는 제2 추진 전자석(162)에 공급되는 전류 중 추진력을 발생시키는 위상의 전류 세기를 제어하여 추진력을 제어한다. 제2 안내 제어부(167)는 제2 추진 전자석(162)에 공급되는 중 안내력을 발생시키는 전류 세기를 제어하여 안내력을 제어한다. 이에 따라 제2 추진 제어부(169)에 의하여 추진력이 제어되고 제1 안내 제어부(165)에 의하여 안내력이 제어되므로 추진 전자석만을 이용하여 추진력과 안내력을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 추진 전자석(161)과 제2 추진 전자석(162)에 각각 제1 안내 제어부(165)와 제2 안내 제어부(167)가 설치된 것으로 예시하고 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제1 추진 전자석(161) 또는 제2 추진 전자석(162)에 하나의 안내 제어부만 설치될 수 있다. 제1 추진 전자석에 하나의 안내 제어부만 설치되면 제1 추진 전자석과 추진용 영구자석의 간격이 증가한 경우에는 안내 제어부의 전류를 증가시키고, 제1 추진 전자석과 추진용 영구자석의 간격이 감소한 경우에는 안내 제어부의 전류를 감소시키는 방식으로 안내력을 제어한다.
통상적으로 복수 개의 추진 전자석에 하나의 전류제어장치가 설치되며, 대차의 속도를 제어하기 위해서 하나의 전류제어장치가 복수개의 추진 전자석에 공급되는 전류를 동시에 제어한다. 이에 따라 이격 배치된 추진 전자석들에 공급되는 전류가 동시에 제어되므로 추진 전자석을 통해서 안내력을 제어하는 것은 불가능하다.
그러나 본 실시예에 같이 추진용 영구자석(171)을 사이에 두고 마주하게 배치된 제1 추진 전자석(161)과 제2 추진 전자석(162) 각각에 다른 안내 제어부(165, 167)를 설치하면 제1 추진 전자석(161)과 제2 추진 전자석(162)에 공급되는 전류를 미세하게 제어하여 안내력을 용이하고 정밀하게 제어할 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: 코어
114b, 161b, 162b: 코일 118: 가이드 롤러
120: 궤도 121: 기둥
122: 거더 127: 부상용 강자성체판
140: 댐퍼 150: 대차 상판
161: 제1 추진 전자석 162: 제2 추진 전자석
163, 164: 지지대 165: 제1 안내 제어부
167: 제2 안내 제어부 168: 제1 추진 제어부
169: 제2 추진 제어부 171: 추진용 영구자석
171a: 지지부재

Claims (8)

  1. 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 배치된 복수 개의 추진용 영구자석들;
    상기 대차에 고정되며 상기 추진용 영구자석의 제1면과 마주하도록 설치된 제1 추진 전자석;
    상기 대차에 고정되며 상기 추진용 영구자석의 상기 제1면과 반대방향을 향하는 제2면과 마주하도록 설치된 제2 추진 전자석; 및
    상기 제1 추진 전자석의 전류 세기를 제어하는 제1 안내 제어부;
    를 포함하는 자기부상 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 추진 전자석과 연결되어 제2 추진 전자석의 전류 세기를 제어하는 제2 안내 제어부를 더 포함하는 자기부상 시스템
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 추진용 영구자석의 제1면과 제2면은 각각 상기 대차의 서로 다른 측단을 향하는 자기부상 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 추진용 영구자석은 상기 궤도의 폭방향 중앙에 배치된 지지대 상에 세워져 설치된 자기부상 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 추진용 영구자석은 지지부재를 매개로 상기 궤도의 상면에 대하여 수직으로 고정 설치된 자기부상 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 추진용 영구자석들은 서로 다른 자극이 인접하도록 배열된 자기부상 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 추진용 영구자석에는 제1 추진 제어부가 연결 설치되고,
    상기 제1 추진 제어부는 상기 제1 추진용 영구자석에 공급되는 전류를 제어하며, 상기 제1 추진 제어부와 상기 제1 안내 제어부는 서로 다른 위상의 전류를 제어하는 자기부상 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 추진용 영구자석에는 제2 추진 제어부가 연결 설치되고,
    상기 제2 추진 제어부는 상기 제2 추진용 영구자석에 공급되는 전류를 제어하며, 상기 제2 추진 제어부는 서로 다른 위상의 전류를 제어하는 자기부상 시스템.
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