자기부상열차의 장점과 특징

자기부상열차의 추진원리와 상용화

대중 교통의 진화는 인간 문명을 근본적으로 변화 시켰습니다. 1860년대에 대륙 횡단 철도가 미국을 가로 지르는 몇달간의 슬로건을 일주일 간의 여정으로 바 꾸었습니다. 불과 수십 년 후 승용차는 말을 타는 것보다 훨씬 빠르게 시골을 가로 질러 뛸수있게 되었습니다. 물론 제 1차 세계대전 당시 최초의 상업용 비행은 우리의 여행을 다시 한번 변화시키기 시작하여 해안에서 해안으로의 여행을 몇시간 만에 만들었습니다. 그러나 오늘날 미국의 철도여행은 1세기 전보다 훨씬 빠르지 않습니다. 21 세기에는 강력한 전자석 을 사용하여 자기 부상 열차 라고하는 고속열차를 개발하는 몇몇 국가가 있습니다. 이 열차는 자석의 기본 원리를 사용하여 가이드 웨이 위로 떠다니며 오래된 강철 바퀴와 트랙 열차를 대체합니다. 철도마찰이 없기 때문에 이 열차는 시속 수백 마일의 속도를 낼 수 있습니다. 그러나 고속은 자기부상열차의 주요 이점중 하나일뿐입니다. 기차가 선로에 거의 닿지 않기 때문에 일반적으로 흔들거리는 기차보다 소음과 진동이 훨씬 적습니다. 진동과 마찰이 적으면 기계적 고장이 적어 날씨와 관련된 지연을 겪을 가능성이 적습니다. 자기부상기술에 대한 최초의 특허는 프랑스 태생의 미국 엔지니어 Emile Bachelet이 1910년대 초에 출원했습니다. 그이전에도 1904년 미국의 교수이자 발명가인 Robert Goddard는 자기부상의 개념을 요약한 논문을 작성했습니다. 얼마 지나지 않아 엔지니어들이 이 미래 지향적인 비전을 기반으로 열차 시스템을 계획하기 시작했습니다. 곧 그들은 승객들이 자기 추진 열차에 탑승하고 고속으로 장소를 이동하며 전통적인 철도의 많은 유지보수 및 안전 문제가 없을것이라고 믿었습니다. 자기부상열차와 일반열차의 가장 큰차이점은 자기부상열차에는 엔진이 없다는 것입니다. 적어도 강철트랙을 따라 일반열차를 당기는데 사용되는 엔진종류는 아닙니다. 자기부상열차의 엔진은 눈에 띄지 않습니다. 화석연료 를 사용하는 대신 가이드웨이 벽과 트랙의 전기코일에 의해 생성된 자기장이 결합하여 열차를 추진합니다. 자석을 가지고 놀아본적이 있다면 반대극이 서로 끌어 당기고 같은극이 서로를 밀어 낸다는 것을 알고 있습니다. 이것이 전자기 추진의 기본원리 입니다. 전자석은 금속 물체를 끌어 당긴다는 점에서 다른자석과 유사하지만 자기장력은 일시적입니다. 구리선의 끝을AA, C또는 D셀 배터리의 양극과 음극에 연결하여 직접 작은전자석을 쉽게 만들수 있습니다. 이것은 작은 자기장을 생성하는데 배터리에서 전선의 한쪽 끝을 분리하면 자기장이 제거됩니다. 이 와이어 배터리 실험에서 생성된 자기장은 자기 부상 열차 레일 시스템 뒤에 있는 단순한 아이디어입니다. 이 시스템에는 세가지 구성요소가 있습니다. 1.큰 전력원. 2.가이드 웨이 또는 트랙을 감싸는 금속 코일. 3.열차 밑면에 부착된 대형 안내자석. -자기 부상 트랙: 가이드 웨이라고하는 트랙을 따라 움직이는 자화코일은 열차하부 구조의 큰 자석을 밀어 내어 열차가 가이드웨이 위로 1~10센티미터(0.39 ~ 3.93 인치)사이에서 공중에 떠오르게합니다. 기차가 부양되면 가이드 웨이 벽에 있는 코일에 전원이 공급되어 가이드 웨이를 따라 기차를 당기고 밀어내는 고유한 자기장 시스템을 생성합니다. 가이드 웨이 벽의 코일에 공급되는 전류는 자화코일의 극성을 변경하기 위해 지속적으로 교대합니다. 이러한 극성의 변화로 인해 열차 앞의 자기장이 차량을 앞으로 당기는 반면 열차 뒤의 자기장은 더 많은 전진 추력을 추가합니다. 자기부상열차는 마찰을 제거하여 공기쿠션 위에 떠 있습니다. 개발자들은 자기부상열차가 최대 1,609km 떨어진 도시를 연결하게 될 것이라고 말합니다. 시속 310마일로 파리에서 로마까지 2시간이 조금 넘게 소요됩니다. 일부 자기부상열차는 더 빠른 속도를 낼수있습니다. 2016년 10월 일본철도 자기부상 열차가 단기간 동안 374mph(601kph)까지 올라갔습니다. 이러한 수준의 속도는 이기술이 엔지니어에게 수백마일 길이의 경로에 유용할것이라는 희망을 줍니다. 독일과 일본은 모두 자기부상열차 기술을 개발하고 열차의 프로토 타입을 테스트했습니다. 비슷한 개념을 기반으로 하지만 독일열차와 일본열차는 뚜렷한 차이가 있습니다. 독일에서 엔지니어들은 Transrapid라는 전자기 서스펜션 (EMS)시스템을 개발했습니다. 이시스템에서 열차의 바닥은 강철을 감쌉니다. 기차의 차대에 부착된 전자석은 가이드 웨이를 향하여 가이드 웨이에서 약1/3 인치(1cm) 위의 기차를 부양하고 움직이지 않을 때에도 기차가 공중에 떠있게합니다. 기차 차체에 내장된 다른 안내자석은 운행중에도 기차를 안정적으로 유지합니다. 독일은 트랜스라피드 자기부상열차가 사람들이 탑승한 상태에서 시속 300마일까지 도달할수 있음을 입증했습니다. 그러나 2006년 사고와 뮌헨 중앙역-공항간 노선에서 막대한 비용 초과로 인해 독일에서 자기부상열차를 건설하려는 계획은 2008년에 폐기되었습니다. 그 이후로 아시아는 자기부상 활동의 허브가되었습니다. -EDS (Electrodynamic Suspension): 일본 엔지니어들은 자석의 반발력을 기반으로하는 EDS(Electrodynamic Suspension) 시스템 을 사용하는 경쟁버전의 자기부상열차를 개발했습니다. 일본과 독일의 자기부상열차 기술의 주요 차이점은 일본열차는 초냉각, 초전도 전자석을 사용한다는 것입니다. 이런 종류의 전자석은 전원이 차단된 후에도 전기를 전도 할수있습니다. 표준전자석을 사용하는 EMS 시스템에서 코일은 전원 공급장치가 있을때만 전기를 전도합니다. 추운 온도에서 코일을 냉각시킴으로써 일본의 시스템은 에너지를 절약합니다. 그러나 코일을 냉각하는데 사용되는 극저온 시스템은 비용이 많이들고 건설 및 유지 관리비용을 크게 증가시킬수 있습니다. 시스템 간의 또 다른 차이점은 일본열차가 가이드 웨이에서 거의 10cm(4인치) 높이에 떠있다는 것입니다. EDS시스템을 사용할때의 한가지 잠재적인 단점은 자기부상열차가 약93mph (150kph)의 이륙속도에 도달할때까지 고무타이어를 굴려야한다는 것입니다. 일본 엔지니어들은 정전으로 인해 시스템이 중단될 경우 바퀴가 유리하다고 말합니다. 또한 심장박동기를 가진 승객은 초전도 전자석에서 생성되는 자기장으로부터 보호되어야합니다.