3상 교류 여자 방식의 이동 전자석(고정자)은 알루미늄 판의 양면에 (접촉하지 않은 상태로) 두 줄로 설치됩니다. 자기력선은 알루미늄 판에 수직이며, 알루미늄 판은 유도에 의해 전류를 발생시켜 구동력을 생성합니다. 열차 내 선형 유도 전동기의 고정자는 가이드 레일이 짧아지므로,선형 모터또한 "단축 고정자 선형 모터"(단축 고정자 모터)라고도 합니다.
선형 모터의 원리는 초전도 자석이 열차에 부착되어 회전자 역할을 하고, 3상 전기자 코일이 선로에 설치되어 고정자 역할을 하며, 선로 위의 코일이 가변적인 사이클 수를 가진 3상 교류를 공급할 때 차량을 구동하는 것입니다.
차량 이동 시스템의 속도가 3상 교류 주파수의 동기 속도에 따라 이동 차량 수에 비례하기 때문에 선형 동기 모터라고 하며, 선형 동기 모터의 고정자는 궤도를 따라 길게 회전하므로 "긴 고정자 선형 모터"(긴 고정자 모터)라고도 합니다.
기존 철도 운송 시스템은 전용 레일을 사용하고 강철 바퀴를 지지 및 안내 수단으로 사용하기 때문에 속도가 증가함에 따라 주행 저항이 증가하고, 견인력보다 저항이 커지면 열차가 가속할 수 없게 됩니다. 따라서 이론적으로 최고 속도인 시속 375km를 돌파하지 못했던 기존 지상 운송 시스템의 한계를 뛰어넘지 못했습니다.
프랑스의 TGV는 전통적인 철도 운송 시스템에서 시속 515.3km라는 세계 신기록을 세웠지만, 차륜과 레일의 재질로 인해 과열과 피로 현상이 발생할 수 있어 현재 독일, 프랑스, 스페인, 일본 등의 고속 열차는 상업 운행에서 시속 300km를 넘지 못하고 있습니다.
따라서 차량 속도를 더욱 높이기 위해서는 기존의 바퀴 주행 방식을 버리고 ‘자기 부상’ 방식을 도입해야 합니다. 자기 부상 방식은 열차가 궤도에서 떠서 마찰을 줄이고 속도를 크게 높일 수 있도록 합니다. 또한 소음이나 대기 오염을 유발하지 않을 뿐만 아니라, 궤도에서 떨어져 떠 있는 방식은 에너지 효율을 향상시킬 수 있습니다.
선형 모터를 사용하면 자기부상 수송 시스템의 속도를 높일 수 있으므로 선형 모터를 사용하는 자기부상 수송 시스템이 탄생하게 되었습니다.
이 자기부상 시스템은 열차를 차선에서 끌어당기거나 밀어내는 자기력을 이용합니다. 자석은 영구자석 또는 초전도 자석(SCM)에서 나옵니다.
소위 정전도 자석은 일반 전자석으로, 전류가 흐를 때만 자성을 띠고 전류가 차단되면 자성이 사라집니다. 열차가 매우 빠른 속도로 주행할 때 전력을 수집하는 것이 어렵기 때문에 정전도 자석은 자기 반발 원리를 이용하는 자기부상열차에만 적용할 수 있으며, 속도는 비교적 느린(약 300km/h) 열차에만 사용 가능합니다. 최대 500km/h의 속도를 낼 수 있는 자기부상열차(자기 인력 원리 이용)에는 초전도 자석을 영구 자석으로 사용해야 합니다(따라서 열차는 전력을 수집할 필요가 없습니다).
자기 부상 시스템은 자기력이 서로 끌어당기거나 밀어내는 원리에 따라 전자기 부상(EDS)과 전자기 부상(EMS)으로 나눌 수 있다.
전기 부상(EDS)은 열차가 외부 힘에 의해 움직이는 것과 동일한 원리를 이용합니다. 열차에 장착된 장치가 움직이면서 도통 자석의 자기장을 발생시키고, 선로 코일에 유도 전류가 흐르면 이 전류가 새로운 자기장을 생성합니다. 두 자기장이 같은 방향을 향하기 때문에 열차와 선로 사이에 자기력(무게중심)이 발생하고, 이 자기력에 의해 열차가 부양되어 부상하게 됩니다. 열차의 부상은 이 두 자기력의 균형을 통해 이루어지기 때문에 부상 높이를 고정할 수 있으며(약 10~15mm), 따라서 열차는 상당한 안정성을 갖습니다.
또한, 열차가 자기장을 생성하여 유도 전류와 자기장을 발생시키고 부상하기 위해서는 다른 방식으로 시동을 걸어야 합니다. 따라서 열차에는 "이륙"과 "착륙"을 위한 바퀴가 장착되어 있어야 합니다. 속도가 시속 40km를 초과하면 열차는 부상(즉, "이륙")을 시작하고 바퀴는 자동으로 접힙니다. 속도가 감소하여 부상이 해제되면 바퀴가 자동으로 내려와 미끄러지듯 착륙하는 것이 합리적입니다.
선형 동기 모터(LSM)는 비교적 저속(약 300km/h)의 추진 시스템으로만 사용할 수 있습니다. 그림 1은 전기 부상 시스템(EDS)과 선형 동기 모터(LSM)의 조합을 보여줍니다.
게시 시간: 2019년 10월 21일
