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문제 정의
- (Japan)에서 가장 활발히 연구되었다고 할 수 있다 [8][9]. 따라서, 본 논문에서는 실차형 초고속 자기부상열차에 적용이 가능한 하이브리드형 부상 시스템 및 추진 시스템을 설계하고 시험기를 통한 설계 검증, 초고속 자기부상열차 적용의 타당성을 검토한다.
- 또한, 제어 전류량이 급격히 감소하므로 자기부상 마그네트의 열적특성 또한 향상시킬 수 있는 좋은 대안이 될 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 최소전력 제어가 수행되는 이동자에 대하여 영구자석에 의한 힘만을 적용하여 선형동기전동기 추진 시스템의 설계를 수행하였다.
- 그러나, 초고속 회전형 시험기의 경우 긴 고정자 구조의 자기부상열차 모델을 구현하기 어렵고, 선형운동기기와 회전운동기기와의 운동방정식을 지배하는 파라미터가 달라 고속회전을 구현하기 위한 부수적인 기술적 어려움이 따른다. 따라서, 본 연구에서는 초고속 자기부상열차에 실제 적용될 수 있는 부상 추진 구조의 실제 사양을 극수만 변경하여 정적 시험(정지 부상력, 정지 추력 등)이 가능한 정지형 부상 추진 시험기를 설계 제작하였다. 그림 9는 3차원 설계도를 나타내며, 표 2는 시험기의 사양을 나타낸다.
- 본 논문에서는 비교적 현실적인 대안으로 마련된 시속 550 km급 초고속 자기부상열차의 핵심 부품인 하이브리드형 부상 및 추진 시스템의 설계 및 성능 분석, 실차 스케일의 정지형 시험기를 통한 성능 검증에 관하여 기술하고, 정지형 시험기를 통해 얻어진 성능이 초고속 자기부상열차의 성능구현에 적용될 수 있는지에 대한 검토를 수행한다. 이미 하이브리드형 자기부상 시스템은 그 동안 여러 연구자들에 의해서 연구된 바 있으며, 국내외의 여러 학술논문을 통해 이미 발표된 바 있다.
- 따라서, 독일과 일본의 초고속형 자기부상열차인 Transrapid와 MLX 는 선형발전기를 차상에 취부하여 비접촉 차상 급전을 하는데, 시속 350~400 km 이상의 초고속형에서는 제3궤조 방식의 급전이 불가능 하기 때문에 사실상 가장 유일한 방법 중 하나이다. 본 논문에서는 역기전력의 6 배차수의 고조파에 의한 발전이 이루어지는 선형발전기를 간략히 설계하고 실차형 부상 추진 시스템에 취부 하였다. 선형발전기의 발전 전력량은 지상 1차 권선의 전력량과 공극 등에 매우 민감하게 반응하는 값이지만, 본 연구에서는 다루지 않았다.
- 영구자석을 갖는 가동자가 고정자의 치/슬롯을 갖는 자기회로와 정렬하려고 하는 방향으로 디텐트력이 발생하는데, 공극이 상대적으로 매우 큰 자기부상열차의 추진 시스템에서는 가동자의 돌극성에 의한 릴럭턴스력 보다는 디텐트력 성분이 추력 리플의 주된 성분이 된다. 본 논문에서는 자기부상열차의 승차감을 1차적으로 지배하는 요소인 추력 리플성분을 최소화 하기 위하여 극위치 이동기법(Pole Shift)을 적용하여, 회전형 기기에서의 스큐와 동일한 효과를 자기부상열차의 선형추진시스템에서 얻었다. 그림 4에 나타낸 바와 같이, 고정자 극피치(Stator pole-pitch, Tlp) 대 이동자 극피치(Mover pole-pitch, Tp)의 비는 약 1.
- 본 논문에서는 초고속 자기부상열차의 부상 추진 시스템으로써 현실적 대안이 될 수 있는 방식 중 하나인 하이브리드형 부상 추진 시스템의 설계를 수행하고 부상력 및 추력 특성 결과를 제시하였다. 특히, 현재까지 실차형 자기부상열차에 적용된 사례가 없는 만큼, 중요한 설계 사항인 힘특성 및 최소전력 제어법, 추력리플 저감, 선형 발전기 등을 고려하여 설계하고 특성해석을 수행하였다.
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