공중부양한 채 달리는 물체
최강한화
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2019.03.04 23:09
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종류가 몇 가지로 나뉘는데, 띄우는 방법에 따라 크게 상전도흡인식, 초전도반발식, 인덕트랙식으로 나뉘고, 주행방법에 따라서는 동기전동기식과 유도전동기식으로 나뉜다. 저 중에 어떤 걸 선택하느냐에 따라 컨셉이 완전히 달라지는데, 우리가 흔히 생각하는 매우 빠른 자기부상열차는 보통 초전도반발식+동기전동기방식이다. 인덕트랙식은 비교적 최근(1995년)에 개발되어 아직 실용화된 노선은 없으나, SF영화 마이너리티 리포트의 자기부상트랙이 설정상 이 방식을 따르는 것으로 알려져있다.
초전도반발식: 흔히 생각하는 자석을 이용해 열차를 밑으로 띄우는 방식이 이거. 대략 10cm정도 위로 뜨며, 제어하기도 쉽고 고속화에도 유리하지만 대량수송에는 불리하고 결정적으로 돈이 많이 드는 방식이라 아직까지 상용화 노선은 만들고 있는 중이다. 일본의 JR 도카이가 자비를 들여 만드는 츄오 신칸센이 이 방식. 하지만 이것도 2027년에나 개통예정이다.
상전도흡인식: 초전도반발식과는 반대로 일반 전자석을 사용하며 ㄴㄱ형태로 엇갈리게 만든 레일을 사용해 열차를 잡아당겨 살짝 띄우는 형태. 초전도자석을 못 쓰는 건 아니지만 돈이 많이 드니 굳이 쓸 이유는 없다. 10~20mm 정도 뜨며, 기본적으로는 저속주행에 적합한 방식이며 상하이의 트랜스라피드도 이 방식이다. 일본에서 현재 영업운전 중인 자기부상열차인 리니모도 이거고, 국립중앙과학관과 인천공항 자기부상철도도 이 방식이다.
인덕트랙식 : 특수하게 배열된(Halbach array) 영구자석이 와이어루프 위를 이동하면서 유도전류를 생성해 그 자기장을 이용하여 부상하는 형태로, 열차에 영구자석을 설치하고 트랙에 와이어루프를 넣는다. 여기에 세부적으로 3가지 타입으로 나뉘게 되어 각각 고속주행, 저속주행, 대량수송에 특화된다. 이 방식은, 열차를 부상시키기 위해 처음부터 능동적으로 자기장을 형성하는 다른 방식들과 달리, 먼저 이동을 시작하면 그 이동에 의해 수동적으로 자기장이 형성되어 열차를 띄우는 점이 특징이다.[6] 따라서 자기부상을 위한 전자기제어장치 등이 아예 필요없고 그냥 적절한 차량과 트랙만 있으면 되므로 시스템이 비교적 간단하며, 가장 최근에 고안된 방식답게 이론상으로는 안정성이나 비용 면에서 타 방식보다 유리하지만 아직은 시험단계이다. 훗날 하이퍼루프(HTT가 개발한 방식)에 쓰일 가능성이 높다. 이 중에서 특히 잘 알려진 초전도반발식에 대해 부연설명을 하면,
초전도반발식은 부상용 전자석과 주행용 전자석이 있으며, 부상용 전자석에는 다시 단극형과 양극형이 있다. 부상용 전자석의 단극형과 양극형의 차이는 단순히 주행하는 동안 차체를 부양하는 자기장의 방향이 한 방향이냐 바뀌는 거냐의 차이인데 양극형 방식을 사용하면 저속에서 효율이 높지만 고속에선 솔레노이드의 리액턴스로 인해 자기장이 약해지는 문제가 있으며, 차량주행 시 바닥의 전자석을 제어하는 시스템과 동기화가 잘 되어야 한다. 만약에 동기화가 삐끗하면 차체와 바닥 사이에 인력이 작용해 철푸덕 붙어버릴 것이다. 반면 단극형 전자석의 경우 비록 자기력의 반쪽밖에 사용할 수 없지만 제어가 편리하며 주행속도에 관계없이 안정적인 자기장을 형성해준다.
주행용 전자석은 위에서 적혀있듯이 X나게 빨리 달리기 위하여 리니어 모터가 동기전동기 방식을 사용한다. 유도전동기 방식을 쓰면 당연히 공사가 편하지만 주행 속도를 올리기 위해 효율을 포기해야 하기에 이 방법을 안 쓴다. 단, 저속에선 유도전동기 방식이 훨 나은 선택일 수 있다. 부산지하철 4호선에 보면 콘크리트 레일 사이에 주석도금이 된 철판이 보이는데, 저거 히타치 리니어모터의 계자부와 규격이 거의 똑같다. 필요하다면 비동기식 리니어모터를 다는 마개조를 통해 자기부상은 아니더라도 자기주행열차는 만들 수 있는데, 동기전동기 제어와 달리 뛰어난 감속에는 유도전동방식이 아주 편리하므로[7] 좋은 경전철로 개조 가능하다. 물론 부산 4호선은 차량 하부에 3상 전동기가 달린 일반적인 전동차다.
고속 주행에 필요한 리니어모터의 전기자는 궤도의 옆면에 붙이는데, 이렇게 하면 하부에선 열차를 띄우고 양 옆의 전기자 자기장을 제어해 주행하는 안정적인 포메이션이 나온다. 전기자 코일들은 자극이 교반되도록 설계되나, 이것이 굳이 열차와 동기화되는 일은 잘 없다. 실제로 어떤 프로토타입의 경우 열차와 궤도가 동기화되어 밀어내고 끌어당기는 극을 열차와 궤도가 동시에 변경하나, 역시나 같은 이유에서 싱크가 풀리면 드르르르르르르르르르르르륵![8] 거리며 열차가 멈추게 되므로 열차의 리니어 모터만 자극을 바꾸도록 설계하는 것이 현재의 트렌드.
이라네요