자기부상열차

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트란스라피드, 룽양루역 내부모습

자기부상열차(磁氣浮上列車, 영어: maglev, magnetic levitation)는 전기로 발생된 자기력으로 레일에서 낮은 높이로 부상해서 바퀴를 사용하지 않고 직접 차량을 추진시켜 달리는 열차를 말한다. 기존 전기철도는 바퀴와 레일의 마찰을 통해서 차량을 전진시키는 방식을 취하고 있기 때문에 속도가 빨라질 경우 차륜(바퀴)이 레일에 밀착되지 않고 공전하는 경향이 있어, 그보다 더 빠르게 주행하기가 힘들어 더 빠른속도를 내기 위해 개발한 것이 자기부상열차이다.

독일1969년부터 개발을 시작하여 1971년 Prinzipfahrzeug이 처음으로 유인 주행에 성공했고, 이후 일본, 대한민국 순으로 개발을 시작했다.

장점으로는 바퀴가 없기 때문에 마찰 저항이 거의 없고 그로 인해 낮은 동력으로 높은 속도를 얻을 수 있고 진동과 소음이 거의 없어 승차감이 쾌적하다. 또한 차체가 궤도를 감싸는 안전한 구조이므로 일반적으로 탈선할 일이 거의 없다.

그러나, 강력한 자기장이 탑승객에게 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있다는 주장도 제기되었으나, 아직 명확한 연구결과는 나오지 않았고 가능성을 암시하는 수준의 보고에 그치고 있다.[출처 필요]

세계에서 개발중인 자기부상열차에는 트란스라피드, HSST, 시험주행단계인 초전도 리니어 등이 있으며, 유인 시운전의 세계 최고속도는 2003년에 일본의 초전도 리니어가 기록한 581 km/h이다.

현재 상하이 트란스라피드와 HSST의 아이치 고속 교통 100L형(리니모)이 실용 노선에서 영업운전을 하고 있으며, 일본의 초전도 리니어에 의한 중앙 리니어 신칸센도쿄-나고야 간에서 2027년의 개업, 또 도쿄-오사카 간에서 2045년 전 노선 개업을 목표로 계획이 진행되고 있다.

자기부열차의 특징[편집]

자기 부상 철도의 특징은 부상 및 추진이 비접촉으로 이루어지는 점이다.

비접촉 추진에 의한 특징[편집]

다이렉트 드라이브
바퀴같은 전달 부분을 필요로 하지 않는다. 특히 철도에서는 바퀴와 레일의 마찰 계수가 비교적 낮아, 가속 및 제동 시나 경사면 등판 성능에 한계가 있었다. 그러나 자기부상열차는 가속·제동 성능의 대폭 향상이 기대된다[1].

비접촉 부상에 의한 특징[편집]

소음과 진동의 감소
완전 비접촉 구성이 되면 소음원은 공기저항밖에 없게 된다
보수 수요가 크게 감소

즉, 고속성과 저환경부하(저소음)가 기존 철차륜식 철도에 비해서의 자기부상열차의 이점이라 할 수 있다.

원리[편집]

부상[편집]

자기부상열차의 가장 핵심 기술인 부상 방식은 대표적으로 상전도 방식과 초전도 방식 그리고 영구자석 방식으로 나눌 수 있다.

일반적인 전자석이 사용되며 전자석 의한 흡인력에 의해 지상에서 1센티미터정도 레일면으로 끌어당겨 부상한다. 이 때에는 차체에 부착된 센서와 컴퓨터가 수시로 레일과 차체 간의 거리를 조정한다. 고속에서는 정밀하게 조정이 불가능하므로, 중저속형에 주로 사용된다.[2]

열차에 초전도 전자석을 설치하여 차량의 지지와 추진에 사용되고 일반적으로 부상 높이는 10센티미터 정도 된다. 제어가 비교적 간단해 초고속형에 주로 사용되지만, 초전도 상태가 유지되기 위해 코일을 지속적으로 초저온상태로 액체 헬륨등으로 냉각시켜 줄 필요가 있다.

열차와 레일에 영구자석을 설치하여 부상하는 방식이지만, 반발력이 약해서 초전도 방식을 주로 사용한다.

가속[편집]

자기부상열차는 직선운동을 통해 가속을 하며, 이러한 직선운동을 하는 전동기직선형 전동기(Linear Motor)라고 부른다. 직선형 전동기는 두가지 종류가 있지만 직선형 전동기도 원리적으로는 회전형전동기와 다를 바가 없다. 지상코일에 보낸 전류의 방향을 계속 반전시키면 차량에 내장된 자석을 끌고 가듯 한쪽 방향으로 움직이게 된다.

동기형 직선형 전동기 라고도 부르며, 회전형전동기의 동기기, 직류기와 같다. 빠른 속도를 요구할 때 주로 사용된다.

비동기형 직선형 전동기라고도 부르며, 회전형전동기의 유도전동기와 같다. 중저속형에 주로 사용된다.

감속[편집]

자기부상열차의 감속은 일반 열차와 크게 다른것은 없다.

운동에너지를 전기형태로 흡수하는 방식의 브레이크이다. 가장 간단한 방식이면서 자기부상열차에 적합한 형태의 브레이크이다.

공기저항력을 이용해 감속하는 형태의 브레이크이다.

땅과의 마찰력을 이용해 감속하는 형태의 브레이크이다.

국가별 기술 비교[편집]

일부는 이곳을 참고하였다.[3]

구분 독일 일본 한국 미국 중국
연구시작 1969년 1974년 1989년 1995년 2000년
초고속형 속도 450km/h 500km/h 550km/h
초고속형 방식 상전도 흡인식, LSM 초전도 반발식, LSM 초전도 반발식, LSM 인덕트랙
개발단계 개발 완료 개발 완료(시운전) 2020년 개발 목표
초고속형 실용화 트란스라피드 주오 신칸센(예정)
중저속형 속도 100km/h 110km/h 100km/h 100km/h
중저속형 방식 상전도 흡인식, LIM 상전도 흡인식, LIM 영구자석 반발식, LSM 상전도 흡인식, LIM
개발단계 개발 완료 개발 완료 2009년 개발 목표 2009년 개발 목표
중저속형 실용화 리니모 건설중 (인천, 6.1km)

대한민국의 자기부상열차 개발 연표[편집]

대전자기부상열차 선로
  • 1985년 대우중공업은 자기부상열차 개발에 착수
  • 1989년 한국기계연구원이 국책연구개발사업으로 자기부상열차 개발에 착수
  • 1989년 모형 무인자기부상열차 HML-01 개발
  • 1991년 최초의 유인 자기부상열차 HML-02 개발. 8인승.
  • 1992년 시험용 모델인 DMV92 개발
  • 1993년 HML-03 개발. 일반인이 탑승. 1993년 대전엑스포 때 엑스포 행사장에 설치되어 일반 운행함. 독일 Krauss Maffei 사와 기술협력. 자중 25톤, 하중 3톤, 40인승.
  • 1997년 UTM-01 개발. 수동운행. 대전 한국기계연구원 구내에 설치. 최대속도 110km/h, 정원 60명/량, 도시 경전철을 목표로 개발됨. 한국기계연구원과 (주)로템이 공동개발. UTM은 Urban Transit Maglev의 약자로 '도시교통을 위한 자기부상열차'를 의미.
  • 2004년 UTM-02 개발. 자동운행. 대전엑스포 행사장에 설치.
  • 2005년 5월 한국기계연구원이 순수 토종기술로 개발된 자기부상열차, '마그레브(Maglev)'를 발표.[4]
  • 2008년 1993년 대전엑스포 이후 일반 운행이 중단됐던 자기부상열차를 15년 만에 운행 시작. 하루 16회 운행.[5][6][7]
  • 2020년 시속 550km의 초고속형 자기부상열차 상용화를 목표로 개발중.[8]

주석[편집]

  1. 에너지 효율의 경우 리니어 모터 추진의 효율이 종래의 회전식 전동기보다 낮아 같은 속도로 주행시에는 효율이 향상되지 않는다. 또, 지상 1차식 리니어 모터를 채택했을 경우에는 주행하고 있지 않은 부분의 계자(界磁)도 여자(励磁)하므로 회전식 전동기와의 에너지 효율의 차이는 한층 더 커진다.
  2. 새로운 도시교통수단 '자기부상열차' 국정브리핑 2004-07-20
  3. http://www.maglev.re.kr/images/maglev/technology_img01.gif
  4. 그 기술 어떻게 됐나 시속 550km?…자기부상열차 노컷뉴스 2006-01-01
  5. 자기부상열차 타러 오세요 한국일보 2008-04-22
  6. 자기부상열차, 대전 '상공'을 달린다 조선일보 2008-04-22
  7. 세계로 뛴다! 로템 '자기부상 열차' 서울경제 2005-07-31
  8. 한국형 '자기부상열차' 부상한다 전자신문 2007-02-07

더 보기[편집]

바깥 고리[편집]