안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
자기 부상 열차의 작동 원리는 전자기 반발력과
인력에 기반하며 기차에는 자기장을 생성하는 강 력한 자석, 일반적으로 초전도 자석이 장착되어 있습니다. 반면에 트랙에는 전류를 전달하는 와 이어 코일이 장착되어 있어 자기장도 생성하기 때 문에 기차의 자석과 선로의 자기장이 상호 작용하 면 반발력이 발생하여 기차를 선로 위로 들어 올 려 공중에 띄웁니다. 이를 통해 열차와 트랙 사이 의 물리적 접촉이 필요하지 않아 마찰이 감소하 고 고속 운행이 가능합니다.
기차가 공중에 뜨면 다른 자석 세트, 일반적으로 선형 동기 모터(LSM)를 사용하여 앞으로 나아갈 수 있는데 이 LSM은 트랙을 따라 위치하며 열차 의 자석과 상호 작용하여 열차를 앞으로 나아가 게 하는 자기장을 생성합니다. 또한, 자석의 극성 을 바꿈으로써 기차는 어느 방향으로든 추진될 수 있어 정밀한 제어와 안내가 가능합니다.
자기부상열차 원리가 마이스너 현상 때문인지 전자기 유도 현상 때인인지 잘 모르시는 경우가 많습니다.
자기부상열차의 부상 방식자기부상열차를 부상시키는 방식은 자석의 다른 극끼리 서로 잡아당기는 인력을 이용하는 흡인식과 같은 극끼리 서로 밀어내는 척력을 이용하는 반발식이 있습니다.
흡인식 자기부상
흡인식 자기부상열차는 주로 열차에 있는 전자석이 철제의 레일 아래에서 위쪽으로 달라붙는 구조를 가지고 있습니다.
여기서 전자석에 전류가 흐르면 철판에 붙으려는 힘, 즉 레일 쪽으로 흡인력이 발생하여 전자석과 함께 차체가 위쪽 방향으로 올라감으로써 부상되는 것입니다.
이때 전자석에 전류가 계속 흐르면 흡인력이 계속 유지되고, 전자석은 결국 레일 아래에 붙게 되는데, 이렇게 되면 열차는 움직일 수 없게 됩니다.
따라서 레일에 붙기 전에 전류를 끊으면 전자석의 흡인력이 없어지고 부상이 정지되어, 열차 무게 때문에 아래 방향으로 내려가게 되죠.
또한 전류가 계속 끊어져 있으면 흡인력이 없기 때문에 열차는 레일 위에 닿아 올려져 있는 모양이 되어 역시 움직일 수 없게 됩니다.
따라서 열차가 완전히 레일 위로 내려앉기 전에 다시 전류를 흘려 흡인력을 발생시키고, 열차가 부상되도록 합니다.
이와 같은 전자석의 동작을 반복함으로써 열차가 레일과 일정간격을 유지하면서 부상되어 있도록 할 수 있어요.
궤도코일의 윗면을 열차의 자석이 이동하게 되면 전자기유도원리에 의해 코일의 자기극은 이동하는 자석과 같은 극이 되어, 두 극 사이에 반발력이 발생하게 됩니다.
열차의 자석이 N극일 때 레일의 전자석(코일)도 같은 N극이어서 서로 밀어내게 되고, 이때 그 앞의 전자석은 S극이므로 열차가 앞으로 가는 동안 전자석의 전류방향을 반대로 하여 N극으로 바꾸게 되면 열차의 부상은 계속 유지되게 됩니다
