자기부상열차 ()

과학기술
물품
자기작용의 원리를 이용하여 차량을 선로 위에 부상시켜 움직이는 열차.
정의
자기작용의 원리를 이용하여 차량을 선로 위에 부상시켜 움직이는 열차.
개설

자기부상열차는 선로와 직접적으로 접촉하지 않고 운행하므로 소음과 진동이 매우 적고 빠른 속도를 유지할 수 있다. 곡선주행 및 언덕주행 능력이 바퀴의 점착력에 의존하는 기존의 철제차륜열차에 비해 우수하다. 최소의 비용으로 효과적인 건설 및 운영이 가능하고 유지보수비도 다른 시스템에 비해 저렴한 특징이 있다. 현재는 독일, 일본, 중국, 미국 등지에서 운영되고 있다.

열차의 운행방식은 상전도 흡인식(狀電導吸引式)과 초전도 반발식(超傳導反撥式)이 있다. 서로 붙으려는 성질을 이용한 상전도 흡인식은 열차에 레일을 감싸는 ∩ 모양의 전자석이 달려 있어 전자석과 레일 간 간격의 크기에 따라 흡인력이 달라짐으로써 열차가 뜨는 높이를 유지하는 방식으로, 100~110㎞/h의 저속주행에 적합한 시스템이다. 초전도 반발식은 자석의 같은 극끼리 밀어내는 척력을 이용하여 열차를 공중으로 10㎝ 가량 띄우는 방식으로, 450~550㎞/h의 고속주행에 적합한 시스템이다. 독일은 상전도 방식을 사용하고, 일본은 초전도 방식을 이용하고 있다.

연원 및 변천

우리나라에서는 1985년부터 자기부상열차에 대한 연구가 시작되어, 1989년에 무인자기부상열차가 개발되었다. 1991년에 최초로 8명이 탑승할 수 있는 유인자기부상열차가 개발되었고, 1993년에는 대전엑스포가 열리는 기간 동안 560m의 선로를 93일간 운행한 적이 있다.

1997년에 UTM-01(도시형 자기부상열차: urban transit maglev) 개발에 성공하였고, 1.3㎞ 구간의 시험선로를 건설하였다. 2003년부터 2008년까지는 ‘자기부상열차 실용화를 위한 모델개발’ 사업을 통해 시스템 개발에 성공하였다. 2005년에 한국기계연구원이 순수기술로 개발한 UTM-02 차량을 개발하였고, 2008년에 대전에 자리한 국립중앙과학관에서 운행하였다. 2009년에는 실용화 사업을 실시하여 사제차량 제작을 완료하였다. 이를 통해 도시형 경전철 시스템으로서 자기부상열차의 적용가능성이 입증되었다.

자기부상열차는 2008년부터 대전 엑스포공원에 자리한 국립중앙과학관의 과학관역에서 엑스포역까지 995m 구간을 운행하고 있다. 2012년에는 인천국제공항에서 용유도 배후도시 간을 연결하는 6.1㎞ 구간에서 시험운행을 실시하였다.

우리나라에서는 영구자석 반발식의 자기부상열차에 대한 개발을 진행하고 있다. 또한 현재 실용화 사업을 위하여 최고속도 110㎞/h, 100인승/량, 무인자동운전 등이 가능한 도시형 자기부상열차 개발사업을 진행하고 있으며, 개발된 열차시스템의 시험운행을 위한 시범노선도 구축하였다.

구조 및 형태

천연자석은 열차를 공중으로 들어 올릴 수 있는 자력이 발생하지 않기 때문에, 자기부상열차에서는 전자석을 사용한다. 전자석에 전원을 공급하여 자력을 발생시키면, 열차를 띄울 만큼 강한 자력을 얻을 수 있다. 이 힘에 의해 열차가 공중으로 부상하게 된다.

원형 코일을 직선으로 편 형태의 리니어 모터(linear motor)에 교류전원을 공급하면 자기부상열차의 추진력이 나온다. 리니어 모터는 차량 아래에 레일과 같은 방향으로 달려 있는 것으로서, 코일에 흐르는 전류의 방향을 변환시켜주면 자기장이 바뀌어 열차의 모터와 레일이 서로 밀고 당기기 때문에 교류의 진동수를 조절하여 열차를 앞으로 나아가게 할 수 있다.

사용 방법 및 특징

자기부상열차는 레일에서 공중으로 8㎜ 가량 뜬 채로 운행한다. 전자기력을 이용하기 때문에 바퀴가 없어 운행 중에 마찰로 인한 소음이나 진동 또는 분진이 거의 없으며, 승차감이 뛰어난 친환경적인 교통수단이다. 자석이 레일을 감싸기 때문에 열차 탈선의 위험도 거의 없다. 최첨단 친환경 교통수단인 자기부상열차를 우리나라 순수 기술로 개발하여 상용화한 것은 의미가 크다. 그러나 열차 운행 때에 발생하는 강력한 자기장이 인체에 해를 끼칠 수 있다는 의구심은 사라지지 않고 있으며, 화물수송에는 적합하지 않은 단점이 있다.

참고문헌

『세계의 고속철도와 속도향상 & 자기부상식 철도기술』(백남욱 외 옮김, 골든벨, 2001)
국립중앙과학관(www.science.go.kr)
집필자
손승호
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