KR101034345B1 - 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 튜브 안에서 반발식으로 부상 및 안내하고 선형동기 전동기로 추진하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치에 관한 것으로서,

내측 상부에 선형동기전동기가 길이 방향을 따라 설치되고, 내측 상부 양측부에 열차의 안내를 위한 반발식 안내판이 형성되며, 내측 하부에 열차의 부상력을 제공하기 위한 반발식 부상판이 튜브의 길이 방향을 따라 설치되는 튜브와; 상기 선형동기전동기와 마주하는 상부에 추진판이 부착되고, 상기 반발식 부상판과 상기 반발식 안내판과 마주하는 열차의 외측부에 각각 직류자계가 부착 구성되어 상기 튜브 내에서 운행되는 열차;로 구성되어,

반발식 부상 및 안내에 의해 열차가 튜브 내에서 중앙에 위치되는 것을 보장하여 운행의 안정성을 향상시키며, 선형동기전동기와 추진판 사이에 작용하는 흡인력에 의해 열차의 하중을 감소시켜 반발식 부상을 위한 전력 소모를 절감시키는 효과를 제공한다.

자기부상열차, 튜브, 흡인식, 반발식, 선형동기전동기, 안내장치

Description

반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치{REPULSIVE LEBITATION AND GUIDANCE TYPE TUBE TRANSPORTATION APPARATUS}

본원 발명은 튜브 안에서 반발식으로 부상 및 안내하고 선형동기 전동기로 추진하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 열차의 고속 주행을 위하여 열차를 자기에 의해 공중에 부상시킨 후 운송하는 것에 의해 마찰력에 의한 저항을 최소로 함으로써 초고속 운송을 가능하게 하기 위한 다양한 방식의 초고속 열차가 개발되었다. 상술한 초고속 열차는 대표적인 예로는 독일의 트랜스레피드(Transrapid), 일본의 MLX, 프랑스의 스위스메트로(Swissmetro) 등을 들 수 있다.

도 1은 상술한 독일의 트랜스레피드를 나타내는 도면으로서, 독일의 트랜스레피드는 도 1에 도시된 바와 같이 T형 궤도(1)의 하단부에 추진력과 부상력을 제공하는 선형동기전동기(LSM)(2)를 설치하고, 부상장치(3)와 안내장치(4)를 차량의 하부에 설치하여, 부상장치(3)와 안내장치(4)가 선형전동기(2)와 상호작용하여 열차(T)가 고속 주행하도록 구성된다.

그리고 도 2는 상술한 일본의 MLX를 나타내는 도면으로서, 도 2의 (a)에 도 시된 바와 같이, U형 궤도(5)의 측면에 부상 및 안내장치(6)와 선형동기전동기(7)를 설치하고, 열차(T)에 차상전자석(8)을 설치하여 도 3의 여 열차(T)가 고속 주행하도록 구성된다. 이와 같이 구성된 MLX는 도 2의 (b) 및 도 (c)와 같이 차상전자석(8)이 반발력에 의해 부상 및 안내장치(6)와 선형동기전동기(7)와 상호작용하는 것에 의해 부상, 안내 및 추진력이 제어되어 열차(T)가 고속 주행하도록 구성된다.

다음으로, 도 3은 프랑스의 스위스메트로를 나타내는 도면이다. 자기부상열차인 도 3의 스위스메트로는 독일의 트랜스레피드와 유사한 구조를 가지는 것으로서, 아진공 상태의 튜브(9)에 부상력을 제공하는 선형동기전동기를 설치하고, 부상장치와 안내장치는 열차에 설치하여 독일의 트랜스레피드와 동일하게 흡인식에 의해 열차를 부상시킨 후 고속 주행을 가능하도록 한다.

그러나 상술한 종래기술들을 살펴보면, 독일의 트랜스레피드 또는 일본의 MLX와 같은 기존의 자기부상 열차로서의 초고속 열차는 튜브 구조가 아닌 지상 구조물에 설치되어 운행되므로 공기저항 등에 의해 운행속도에 한계가 있으며, 부상 및 추진을 위한 능동적인 정밀 제어가 반드시 필요하게 되는 문제점을 가진다.

또한, 상술한 프랑스의 스위스메트로의 경우에는 아진공 상태의 튜브 구조 내에서 열차가 운행되므로 공기저항 및 소음에서 오는 속도의 한계를 극복할 수 있으나, 흡인식 부상에 필요한 공극(gap)을 유지하는데 매우 정밀한 제어가 요구되고, 이러한 정밀제어를 위해서는 튜브 구조물에 대한 정밀시공이 요구되어 공사비가 기하급수적으로 증가하게 되는 문제점을 가진다. 또한, 일반 지하구간이 아닌 해저터널과 같이 특수한 상황에서 터널을 해중에 부양시킬 경우 조류에 의한 튜브 의 유동에 취약한 문제점을 가진다.

따라서 본원 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공기저항을 줄이기 위한 아진공 상태의 튜브 내에서 하부에서 반발력에 의해 부상력을 제공하고 열차 상부에 선형동기전동기(LSM: Linear Synchronous Motor)를 장착하여 추진력을 제공함과 동시에 흡인력을 제공하는 것에 의해 차량의 무게를 감소시켜 부상력을 향상시키며, 상부 양측에서 안내(Guidance)를 수행하도록 구성되어 열차가 항상 튜브의 중심부에 위치되도록 하는 것에 의해 초고속 주행이 가능하게 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치는, 내측 상부에 선형동기전동기가 길이 방향을 따라 설치되고, 내측 상부 양측부에 열차의 안내를 위한 반발식 안내판이 형성되며, 내측 하부에 열차의 부상력을 제공하기 위한 반발식 부상판이 튜브의 길이 방향을 따라 설치되는 튜브와; 상기 선형동기전동기와 마주하는 상부에 추진판이 부착되고, 상기 반발식 부상판과 상기 반발식 안내판과 마주하는 열차의 외측부에 각각 직류자계가 부착 구성되어 상기 튜브 내에서 운행되는 열차;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상술한 튜브에는 열차로 전력을 공급하기 위한 유도급전레일이 길이 방향을 따라 설치되며, 상기 열차에는 상기 유도급전레일과 대향하도록 유도급전기 가 형성된다.

그리고 상기 튜브에는 열차의 안내보조바퀴가 지나는 면에 안내보조바퀴 레일이 형성된다.

다음으로, 상기 열차에 구성되는 추진판은 튜브의 내측 상부에 설치되는 선형동기전동기와 마주하는 면에는 형성되는 추진용 전자석과, 상기 추진용 전자석의 하부에 상면에 부착되고 저면은 상기 열차의 상부면에서 길이 방향을 따라 부착 설치되는 철심으로 구성된다. 그리고 상기 직류자계는 초전도체를 이용한 전자석 또는 영구자석으로 형성된다.

상술한 구성을 가지는 열차는 또한 열차의 하부 측부에 열차의 출발 또는 정차시 튜브 내에서의 구동을 위한 안내보조바퀴와, 열차의 위치정보 전송 또는 관제센터와의 통신을 위한 통신장치가 설치되며, 열차의 내측 하부에는 유도급전을 위한 전력변환장치가 설치된다.

상술한 구성을 가지는 본원발명의 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치에서 열차는 반발식 부상판과 대향되는 직류자계의 상호작용에 의한 반발력에 의해 부상되고, 튜브의 선형동기전동기와 열차의 추진판이 상호작용하여 열차에 추진력을 제공함과 동시에 선형동기전동기와 추진판에 작용되는 흡인력에 의해 열차에 부상력을 제공함으로써 부상판과 직류자계에서 열차의 부상을 위한 전력소모를 줄일 수 있도록 한다.

상술한 바와 같은 부상 및 추진 작용에 의해 열차가 고속 운행되는 경우 튜브의 양측 상부에 설치되는 반발식 안내판은 열차의 외측부의 상부의 반발식 안내 판과 대향되는 직류자계와 상호작용하여 열차에 척력을 제공함으로써 열차가 항상 튜브의 중앙에 위치되도록 하여 열차의 안전 운행을 보장한다.

상술한 본원 발명의 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치는, 종래기술의 튜브 방식의 초고속 운송 시스템과 달리, 열차의 저부에서의 반발식 부상을 수행하는 과정에서 상부에 설치된 튜브의 선형동기전동기 및 열차의 추진판에 의해 흡인력을 이용하여 열차의 하중을 줄임으로써 열차의 부상을 위한 반발식 부상을 위해 소모되는 전력을 현저히 줄일 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본원발명의 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치는, 튜브의 상부 양측부에 설치되는 반발식 안내판과 열차의 외측면 상부에 설치되는 직류자계에 의해 열차 운행 시 열차가 튜브의 중심에 위치되는 것을 보장하는 것에 의해 흡인식의 경우 그 건설이 어려웠던 해저터널용 튜브를 용이하게 건설할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본원발명의 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치는, 상술한 바와 같이 튜브의 상부 양측부에 설치되는 반발식 안내판과 열차의 외측면 상부에 설치되는 직류자계에 의해 열차 운행 시 열차가 튜브의 중심에 위치되는 것을 보장함으로써 부상 공극이 커지기 때문에 접촉에 대한 안전장치를 간략화시킨다.

또한, 본발명의 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치는, 복잡한 제어 방법을 적용하지 않고도 열차의 안전 운행을 가능하게 하는 것에 의해 튜브의 시공시 정밀시공을 필요로 하지 않도록 하여 건설비를 현저히 줄일 수 있도록 하는 효과를 제공하며, 이에 따라 제어기 및 전력변환장치를 간소화시켜 열차의 제작 비용 또한 절감시키는 효과를 제공한다.

이하, 본원발명의 바람직한 일 실시 예를 나타내는 첨부도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치(100)(이하 튜브 운송 장치(100)이라 함)를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본원 발명의 일 실시예에 따르는 튜브 운송 장치(100)는, 튜브(110)와 튜브(110) 내부에서 운행되는 초고속 열차로서의 자기부상열차(150)로 구성된다.

그리고 상기 튜브(110)의 내측면의 상부에는 선형동기전동기(111)가 튜브(110)의 길이 방향을 따라 설치되고, 튜브(110)의 내측면 중 상부 중심부에서 120도 간격을 가지는 상부 양측부에는 반발식 도체판으로서의 비자성 도체판(112)이 튜브(110)의 길이 방향으로 따라 설치되며, 내측 저면에는 열차(150)에 부상을 위한 반발력을 제공하는 반발식 부상판으로서의 비자성 도체판(113)이 또한 튜브(110)의 길이 방향으로 따라 설치되고, 열차의 구동 전력을 공급하기 위한 유도급전레일(155)이 또한 튜브(110)의 길이방향을 따라서 설치되며, 열차(150)의 출발, 정차 시 열차가 튜브(110)의 내측면 상에서 구름 운동에 의해 이동될 수 있도록 열차의 안내보조바퀴(154)가 이동되는 안내보조바퀴레일(114)들이 열차의 안내보조바퀴(154)들과 대향되는 위치마다 튜브(110)의 길이 방향을 따라 설치된다.

다음으로, 열차(150)는 상부에는 튜브(110)의 선형동기전동기(111)와 상호작용하는 것에 의해 열차(150)의 추진력을 제공하도록 추진용전자석(151a)과 철심(151b)으로 구성되는 추진판(151)이 부착 설치되고, 열차의 외측면 중 튜브(110)의 상부 양측에 설치된 비자성 도체판(112)과 튜브(110)의 저면에 설치된 반발식 부상판으로서의 비자성 도체판(113)과 대향되는 면에는 열차의 운행 중 열차(150)의 안내(Guidance)를 위해 비자성 도체판(112)과 반발력을 발생시키도록 상호작용하는 직류자계(152)와 반발식 부상판으로서의 비자성 도체판(113)과 반발력을 일으켜 열차(150)의 부상력을 제공하는 직류자계(153)가 각각 설치되며, 튜브(110)의 안내보조바퀴레일(114)과 대향되는 외측면 각각에는 안내보조바퀴(154)들이 설치되고, 튜브(110)의 유도급전레일(155)과 대향되는 외측면의 일 위치에는 유도급전레일과 유도 작용에 의해 전력을 공급받아서 열차(150)의 전력변환장치(160)로 공급하는 유도급전기(155)가 설치되며, 외측면 하부에는 통신장치(156)가 설치된다.

여기서 상기 열차(150)는 원통형으로 형성되도록 도시하였으나, 단면이 정다각형 형상, 다각형 형상 등으로 다양하게 형성될 수 있으며, 무게 중심이 단면의 중심에 위치되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 직류자계(152, 153)는 초전도체에 의한 전자석 또는 영구 자석으로서 고정 자극을 형성하도록 구성되는 자계 발생기를 말한다.

다음으로, 비자성 도체판(112, 113)은 직류자계(152)의 고속 이동시 유도전류에 의해 발생되는 자기장에 의해 직류자계(152, 153)와 반발하도록 하는 반발력을 생성하는 장치를 말한다.

상술한 구성에서 선형동기전동기(111)와 추진판(151)이 추진장치가되고, 튜브(110)의 상부 측부에 설치되는 비자성 도체판(112)과 열차의 외측면 상부에 각각 설치되는 직류자계(152)가 안내장치가 되며, 튜브(110)의 저면에 설치되는 비자성 도체판(113)과 열차의 하부 저면에 설치되는 직류자계(153)가 부상력을 제공하는 반발식 부상장치가 된다.

상술한 바와 같이 구성되는 튜브 운송 장치(100)는 열차의 하부에 설치된 직류자계(153)와 튜브(110)의 저면에 설치된 비자성 도체판(113)으로 이루어지는 반발식 부상 장치에 의한 반발력에 의해 열차(150)가 부상한다.

그리고 튜브(110)의 내측 상부면에 설치된 선형동기전동기(111)와 열차의 상부면에 설치되는 추진판(151)으로 이루어지는 추진장치에 의해 열차가 튜브 내에서 운행되며, 이때 선형동기전동기(111)와 추진판(151) 사이에 작용하는 흡인력에 의해 열차가 부상됨으로써 열차의 부상력을 향상시키고 이로 인해 반발식 부상장치에서 열차(150)의 부상을 위해 소모되는 전력을 절감시킨다.

상술한 바와 같은 열차(150)의 튜브(110) 내에서의 운행 중 튜브(110)의 양측부에 설치되는 비자성 도체판(112)과 열차의 외측면 양측 상부에 부착되는 직류자계(152)로 이루어지는 안내장치가 열차(150)가 중심방향에서 이탈하는 경우 공극차이에 의한 반발력의 차이가 발생하게 되어 열차(150)가 튜브(110)의 중심부에 위치되도록 한다.

도 1은 상술한 독일의 트랜스레피드를 나타내는 도면,

도 2는 상술한 일본의 MLX를 나타내는 도면,

도 3은 프랑스의 스위스메트로를 나타내는 도면,

도 4는 본원발명의 일 실시 예에 따르는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치의 단면도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

100: 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치

110: 튜브, 111: 선형동기전동기, 112, 113: 비자성 도체판

114: 안내보조바퀴레일, 115: 유도급전레일

150: 열차, 151: 추진판, 151a: 추진용전자석, 151b: 철심

152, 153: 직류자계, 154: 안내보조바퀴, 155: 유도급전기

156: 통신장치, 160: 전력변환장치

Claims (9)

1. 내측 상부에 선형동기전동기가 튜브의 길이 방향을 따라 설치되고, 내측 상부 양측부에 열차의 안내를 위한 반발식 안내판이 튜브의 길이 방향을 따라 설치되며, 내측 하부에 열차의 부상력을 제공하기 위한 반발식 부상판이 튜브의 길이 방향을 따라 설치되는 튜브;와,

   튜브의 내측 상부에 설치되는 선형동기전동기와 마주하는 상부에 추진판이 부착되고, 상기 튜브의 내측의 저면에 설치되는 반발식 부상판과 상부 양측부에 설치되는 반발식 안내판과 마주하는 열차의 외측부에 각각 직류자계가 부착 구성되어 상기 튜브 내에서 운행되는 열차;로 구성되는 것을 특징으로 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 반발식 안내판과 상기 반발식 부상판은 120도 간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 튜브에는 열차의 안내보조바퀴가 접촉되는 안내보조바퀴레일이 형성되는 것을 특징으로 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브의 내측면에는 상기 튜브 내에서 운행되는 열차로 전력을 공급하기 위한 유도급전레일이 길이 방향을 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치.
5. 튜브의 내측 상부에 설치되는 선형동기전동기와 마주하는 상부에 추진판이 부착되고, 상기 튜브의 내측의 저면에 설치되는 반발식 부상판과 상부 양측부에 설치되는 반발식 안내판과 마주하는 열차의 외측부에 각각 직류자계가 부착 구성되어 상기 튜브 내에서 운행되는 열차;로 구성되는 것을 특징으로 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 추진판은, 상기 선형동기전동기와 마주하는 면에 형성되는 추진용 전자석과, 상기 추진용 전자석의 하부에 상면이 부착되고 저면은 상기 열차의 상부면에 부착 설치되는 철심으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치.
7. 청구항 5에 있어서, 상기 열차에는 상기 튜브의 내측면에 길이방향으로 설치되는 유도급전레일과 대향하도록 유도급전기가 형성되는 것을 특징으로 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치.
8. 청구항 5에 있어서, 상기 열차는 정차 및 출발시 부상력의 저감에 따라 상기 열차가 튜브내에 부착되어 구름 운동하도록 하는 안내보조바퀴를 구비하는 것을 특징으로 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치.
9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류자계는 120도 간격을 가지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 반발 부상 및 안내 식 튜브 운송 장치.

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