학문
초전도 자기부상열차의 부상 원리가 궁금합니다
전자기력을 이용하여 선로에서 공중에 떠서 고속으로 주행하는
자기부상열차의 마찰력 감소와 추진력의 발생 원리가 궁금합니다..
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
초전도 자기부상열차는 차량에 강한 초전도 자석을 설치하고 선로의 코일과 자기력을 주고받아 차체를 공중에 띄우는 방식으로 운영됩니다.
차량이 움직이면 선로 코일에 전류가 유도되고, 이때 생기는 자기장이 초전도 자석과 밀고 당기는 힘을 만들면서 열차를 선로에 띄우게 됩니다. 차체가 떠오르면 바퀴와 레일이 직접 접촉하지 않아 구름마찰과 기계적 마모가 크게 줄어들게 됩니다. 다만 고속에서는 공기저항이 매우 커지기 때문에 마찰이 완전히 없어지기는 힘듭니다.
추진은 선로에 설치된 코일에 교류전류를 순서대로 흘려 앞으로 이동하는 자기장을 만들고, 이 자기장이 차량의 자석을 끌어당기거나 밀면서 이루어지게 됩니다.
자기부상열차는 자기력으로 차체를 띄워 접촉마찰을 줄이고, 선형모터가 만드는 이동 자기장으로 앞으로 나아가는 열차라고 보면 됩니다.
채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
초전도 자기부상열차는 초전도 자석과 선로 코일의 전자기 유도로 차체를 띄우고 선형 모터가 만드는 이동 자기장으로 앞으로 나아간답니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
초전도 자기부상열차는 초전도체가 자석을 배척하는 마이스너 효과와 자기력선이 고정되는 플럭스 피닝 현상을 통해 선로 위 일정한 높이에 완벽하게 떠오릅니다 이렇게 공중에 떠오르면 공기 저항을 제외한 지면과의 바퀴 마찰력이 완전히 소멸하여 동력 손실과 소음 진동 없이 초고속 주행이 가능해집니다 열차의 추진은 선로 양옆에 설치된 전자석의 극성을 계속 교대로 바꿔주면서 앞쪽에서는 끌어당기고 뒤쪽에서는 밀어내는 방식으로 일어납니다 이처럼 연속적으로 이동하는 자계를 형성하여 열차를 앞으로 밀어주는 선형 동기 모터 원리가 고속 추진의 핵심입니다 결과적으로 마찰 없는 공중 부상 기술과 정밀한 전자기적 밀당 작용이 결합하여 가속력과 안전성을 동시에 확보한 초고속 주행을 구현합니다
안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 자기부상열차는 바퀴가 선로에 직접 닿지 않도록 전자기력으로 열차를 띄운 뒤, 선로 자체를 모터처럼 이용해 앞으로 밀어주는 방식입니다. 먼저 열차와 선로 사이의 전자석이나 자석이 서로 밀어내거나 끌어당기는 힘을 이용해 열차를 선로에서 띄웁니다. 이렇게 되면 일반 열차처럼 바퀴와 레일이 접촉하지 않기 때문에 바퀴와 레일 사이의 마찰이 거의 없어집니다. 그래서 고속으로 달릴 때도 기계적인 마찰 손실이 크게 줄어듭니다.
추진은 선형 전동기라는 장치를 이용합니다. 일반 전동기는 모터가 빙글빙글 돌지만, 선형 전동기는 이것을 일자로 펼쳐 놓은 것이라고 생각하면 됩니다. 선로에 설치된 코일에 교류 전류를 순서대로 흘리면 이동하는 자기장이 만들어지고, 열차의 자석이 그 자기장에 끌려가거나 밀려나면서 앞으로 움직입니다.
속도를 줄일 때는 이 원리를 반대로 이용할 수 있습니다. 선형 전동기를 발전기처럼 작동시키면 열차가 가진 운동에너지가 전기에너지로 바뀌면서 열차를 잡아당기는 방향의 제동력이 생깁니다. 이것을 회생제동이라고 하며, 발생한 전기에너지를 전력망이나 저장장치로 돌려보낼 수도 있습니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
초전도 자기부상열차는 차량 양옆에 초전도 전자석을 싣고 달려요. 니오븀-티타늄 코일을 액체 헬륨으로 영하 269℃까지 식히면 전기 저항이 0이 되어서, 한 번 넣은 큰 전류가 전원 없이 계속 돌며 강한 자기장을 유지해요.
선로 옆벽에는 숫자 8 모양으로 감긴 코일이 줄지어 있어요. 차량이 빠르게 지나가면 초전도 자석의 자기장이 이 코일을 스치며 전자기 유도로 전류를 만들고, 이 전류가 만든 자기장이 아래쪽에서는 자석을 밀어내고 위쪽에서는 끌어당겨 차량을 약 10cm 띄워요. 속도가 있어야 유도 전류가 생기니 시속 150km 정도까지는 고무바퀴로 달리다가 그 이상에서 떠올라요.
추진은 선형 동기 모터로 해요. 일반 모터의 둥근 고정자를 펼쳐 선로에 깐 형태로, 선로 추진 코일에 3상 교류를 흘려 자기장이 앞으로 이동하게 만들면 차량 자석이 그 자기장을 따라 끌려가요. 주파수를 높이면 속도가 올라가요.
바퀴 마찰이 사라져 남는 건 공기 저항뿐이고, 일본의 초전도 자기부상열차는 2015년 시험 주행에서 시속 603km를 기록했어요 :)