KR20210068903A

KR20210068903A - 하이퍼튜브 차량 운행 시스템

Info

Publication number: KR20210068903A
Application number: KR1020190158489A
Authority: KR
Inventors: 최수용; 임정열; 이창영; 이관섭
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-06-10
Also published as: KR102289242B1

Abstract

본 개시의 일 실시예에 의하면, 자성체인 강재를 포함하는 하이퍼튜브; 상기 하이퍼튜브의 내부 일측에서, 상기 하이퍼튜브의 연장방향을 따라 설치되는 지지프레임으로서, 상기 지지프레임의 적어도 일측에서 상기 지지프레임의 연장방향을 따라 배열되는 적어도 하나의 전기자(armature) 어레이를 포함하는 지지프레임; 및 상기 하이퍼튜브의 내부에서 상기 지지프레임을 따라 주행하도록 구성되는 차량으로서, 상기 차량의 내부에서 상기 전기자에 대면하도록 배치된 자석부; 및 상기 차량의 내부에서 상기 자석부에 의해 형성된 자기장의 적어도 일부를 가이드하도록 구성된 자성체 가이드를 포함하는 차량을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템을 제공한다.

Description

하이퍼튜브 차량 운행 시스템{Hypertube Vehicle Running System}

본 개시는 하이퍼튜브 차량 운행 시스템에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

도 1은 종래의 하이퍼튜브 차량 운행 시스템을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 하이퍼튜브 차량 운행 시스템(1')은 하이퍼튜브(10), 하이퍼튜브(10)의 내부를 주행하도록 구성된 차량(30) 및 지지프레임(20)을 포함한다.

하이퍼튜브 차량(30)은 진공에 가까운 내부 기압을 갖는 하이퍼튜브(10) 내부에서 아음속(sub-sonic)으로 진행하도록 구성된다. 이때, 하이퍼튜브(10)의 내부는 대략 0.001기압의 기압이 유지된다. 또한, 고속구간에서 차량(30)은 약 1.06 마하의 속도로 주행하게 된다. 따라서, 하이퍼튜브(10)는 기밀유지 및 고강도가 확보되어야 한다. 이를 위해, 하이퍼튜브(10)는 자성체의 강재(steel materials)를 포함하고, 하이퍼튜브(10)는 전도성을 갖게 된다.

지지프레임(20)은 적어도 일부에는 전기자(armature, 200) 어레이를 포함한다. 전기자(200) 어레이는 차량(30)을 지지프레임(20)으로부터 부상시키기 위한 부상용 전기자(204) 및 차량의 진행 방향으로 추력을 발생시키는 추진용 전기자(202)를 포함한다.

하이퍼튜브 차량(30)은 자석부(300)를 포함한다. 자석부(300)는 전기자(200) 어레이의 적어도 일부와 대면하도록 배치된다. 따라서, 부상용 전기자(204)와의 반발력으로 인해 하이퍼튜브(10) 차량이 부상하며, 추진용 전기자(202)와의 반발력으로 인해 하이퍼튜브 차량(30)이 하이퍼튜브(10)의 연장 방향을 따라 운동할 수 있게 된다.

그러나, 도 1에서 도시된 바와 같이, 자석부(300)에서 강력한 자기장(40)이 발생한다. 차량(30)이 하이퍼튜브(10)의 내부에서 하이퍼튜브(10)의 연장방향을 따라 이동하게 되면서 차량(30)과 하이퍼튜브(10) 간에 상대적인 움직임이 발생하는데, 이때, 자석부(300)의 자기장(40)으로 인해 도체 하이퍼튜브(10)에 와전류(eddy current)가 발생한다. 와전류로 인해 차량(30)의 진행 방향과 반대방향으로 자기력이 생성되어 차량(30)에 브레이크로 작용하게 된다.

이로 인해, 추진 시스템에 비효율적 운영을 초래하는 문제점이 있다.

또한, 도체 하이퍼튜브(10)의 표면에 열화현상이 발생한다는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해, 하이퍼튜브(10)를 비자성 도체(망간철, 알루미늄 등)로 제작하거나, 비자성 비도체(고강도 콘크리트 등)로 제작하는 방법이 있다. 그러나, 생산성, 기밀성 및 비용의 측면에서 실현하는데 어려움이 있다.

이에, 본 개시는 하이퍼튜브를 교체하지 않더라도, 자성체 가이드의 간단한 설치를 통해 하이퍼튜브에 와전류가 발생하는 것을 방지하는 데 주된 목적이 있다.

또한, 본 개시는 추진 효율을 보전하고, 하이퍼튜브의 열화를 방지하는 데 주된 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 다른 실시예에 의하면, 상기 자성체 가이드는 적어도 일부가 상기 자석부에 둘러 싸이는 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템을 제공한다.

본 개시의 또다른 실시예에 의하면, 상기 자성체 가이드는 적어도 일부가 상기 자석부에 둘러 싸이는 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템을 제공한다.

도 1은 종래의 하이퍼튜브 차량 운행 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 하이퍼튜브 운송 시스템의 정단면도다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 하이퍼튜브 운송 시스템의 정단면도다.
도 4는 본 개시의 또다른 실시예에 따른 하이퍼튜브 운송 시스템의 정단면도다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 하이퍼튜브 운송 시스템의 정단면도다.

도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 하이퍼튜브 운송 시스템(1)은 하이퍼튜브(10), 지지프레임(20), 및 자석부(300)와 자성체 가이드(320)를 포함하는 차량(30)을 포함한다.

즉, 본 발명의 일 실시예는 도 1에서 도시된 하이퍼튜브 운송 시스템(1')에 자성체 가이드(320)가 추가된 점에서 차이가 있다.

이하에서, 앞서 도 1을 참조하여 이미 설명한 구성요소들에 대한 중복적인 설명은 생략된다.

자석부(300)는 초전도 전자석으로 구성될 수 있다. 초전도 전자석이란 초전도 선으로 권취한 코일을 사용하여 만들어진 전자석이다. 자석부(300)가 초전도 전자석으로 구성될 경우, 일반적인 구리선에 비해 같은 단면적에 약 100배 가량의 전류가 흐를 수 있기 때문에, 작은 크기로 제작이 가능하다는 장점이 있다.

자성체 가이드(320)는 차량(30)의 내부, 구체적으로는 하부측에 배치된다. 자성체 가이드(320)는 자석부(300)의 적어도 일면과 대면하도록 배치된다. 자석부(300)에 의해 형성된 자기장(40)이 자성체 가이드(320)를 따라 이동하며 가이드 될 수 있다. 따라서, 자기장(40)이 하이퍼튜브(10)의 표면을 관통하지 않게 된다.

또한, 자기장(40)이 방사되지 않고 자성체 가이드(320) 주위로 집약되어, 이상적으로는 자기장(40)의 세기를 두 배에 가깝게 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 자석부(300)의 단위 질량당 기자력이 향상될 수 있다. 또한 자기장(40)의 방향을 조절할 수 있게 된다. 따라서, 자기장(40)을 원치 않는 방향으로 방사되지 않도록 조절 가능하다. 또한, 자기장(40)을 원하는 방향으로 집중시키는 것 역시 가능하다.

자성체 가이드(320)는 공기보다 자기저항(reluctance)이 작은 재료로 구성될 수 있다. 예컨대, 자성체 가이드(320)는 철, 펠라이트 코어 등으로 구성될 수 있다. 자성체 가이드(320)가 공기보다 작은 자기저항을 가짐으로써, 자기장(40)은 공기가 아닌 자성체 가이드(320)로 가이드된다.

한편, 본 명세서에서는 차량(30)이 피메일(female)부이고, 지지프레임(20)이 메일(male)부인 것으로 도시되었다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 차량(30)이 메일부이고, 지지프레임(20)이 피메일부인 경우도 포함된다.

도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 하이퍼튜브 운송 시스템의 정단면도다.

도 3을 참조하면, 자성체 가이드(330)의 적어도 일부는 자석부(300)의 내부에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 도시된 바와 같이 자기장(40)이 자석부(300)의 내부에서 집약될 수 있다. 따라서, 해당 실시예는 적은 양의 자성체 가이드(330)를 이용해서 하이퍼튜브(10)의 표면에 자기장(40)이 미치지는 것이 방지될 수 있다는 장점이 있다.

도 4는 본 개시의 또다른 실시예에 따른 하이퍼튜브 운송 시스템의 정단면도다.

도 4를 참조하면, 자성체 가이드(340)는 전기자(200)의 삼면을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 도시된 바와 같이 자기장(40)이 하이퍼튜브(10)의 표면을 향하는 방향으로 방사되는 것을 확실하게 차폐할 수 있게 된다.

나아가, 자성체 가이드(340)는 차량(30)의 길이 방향으로 방사되는 자기장(40)을 효과적으로 차폐하기 위하여 자성체 가이드(340)가 자석부(300)가 공기 중에 노출된 모든 면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 하이퍼튜브 20: 지지프레임
30: 차량 40: 자기장
320, 330, 340: 자성체 가이드

Claims

자성체인 강재를 포함하는 하이퍼튜브;
상기 하이퍼튜브의 내부 일측에서, 상기 하이퍼튜브의 연장방향을 따라 설치되는 지지프레임으로서, 상기 지지프레임의 적어도 일측에서 상기 지지프레임의 연장방향을 따라 배열되는 적어도 하나의 전기자(armature) 어레이를 포함하는 지지프레임; 및
상기 하이퍼튜브의 내부에서 상기 지지프레임을 따라 주행하도록 구성되는 차량으로서,
상기 차량의 내부에서 상기 전기자에 대면하도록 배치된 자석부; 및
상기 차량의 내부에서 상기 자석부에 의해 형성된 자기장의 적어도 일부를 가이드하도록 구성된 자성체 가이드를 포함하는 차량
을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 자성체 가이드는 상기 자석부의 일 외면의 적어도 일부와 대면하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템.
제2항에 있어서,
상기 자성체 가이드는 상기 전기자의 삼면을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 자성체 가이드는 적어도 일부가 상기 자석부에 둘러 싸이는 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 자성체 가이드의 자기저항(reluctance)은 공기의 자기저항보다 낮은 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 자석부는 초전도 전자석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전기자는 상기 차량을 상기 지지프레임으로부터 부상시키도록 구성된 부상용 전기자 및 상기 차량을 상기 하이퍼튜브의 연장 방향으로 운동가능하게 추진력을 제공하도록 구성된 추진용 전기자를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이퍼튜브 운송 시스템.