리니어 모터카가 달리는 구조

리니어 모터카(Linear Motor Car)

일본의 신칸센의 '노조미호'의 속도는 대략 시속 270km로 도쿄와 오사카 사이를 2시간 30분에 갈 수 있는 속도라고 합니다. 그런데, 이 신칸센이 개통하기 2년전에, 이미 신칸센보다 더 빠른 스피드가 나오는 초고속 열차의 실현을 목표로 한 연구를 시작하고 있었다고 합니다. 그 열차가 리니어 모터카라고 하는 열차 입니다. 일반 기차는 철로 위를 철로 된 바퀴를 굴려 달리는데 속도가 빨라지면 바퀴가 미끄러지기 때문에, 일정속도 이상으로 속도를 낼 수 없습니다. 그래서 리니어 모터카에서는 차체를 공중에 띄우고 달리게 하는 방법이 고안되었습니다. 그리고 그 기본적인 아이디어가 된 것이 바로 자석의 성질을 이용하는 것이었습니다.

어떤 자석으로 차체를 떠올릴 수 있을까

자석은 N극과 S극을 가까이 하면 달라붙으려고 하는 성질이 있고, 같은 극을 가까이 하면 반발하여 밀어내려고 합니다. 리니어 모터카의 연구자들은 이 자석의 성질을 이용하면 차체를 공중에 띄운 상태에서 달릴 수 있다고 생각했습니다. 그래서 리니어 모터카는 차체를 가볍게 하는 여러가지 방법을 사용하고 있습니다만, 그렇다고 해서 일반 자석으로 들어올릴 수 있을 정도로 가벼운 무게는 아닙니다. 따라서 전자석을 사용하는 방법이 생각되었습니다. 전자석은 간단하게 말하자면 철봉에 구리선을 감은 것 입니다. 이 권선(코일)에 전류를 흘리면 코일이 자석이 되는데, 이때 전류의 방향을 바꾸면 전자석의 N극과 S극이 바뀝니다. 자석의 강도는 전류를 늘릴수록, 코일의 권수를 늘릴수록 커집니다. 그런데 전열선에 전류를 흘리면 발열하는 것처럼, 코일에도 큰 전류를 흘리면 발열해버려 차체를 띄우는 강한 자석을 만들 수 없습니다. 그래서 큰 전류를 흘려도 발열하지 않는 코일을 사용한 초전도 자석이라는 특수한 자석이 사용됩니다.

리니어 모터카의 작동 방식

리니어 모터카는 이 초전도 자석을 사용하여 지상에서 약 10센티미터 정도 뜬 상태에서 달립니다. 위의 그림같이 리니어 모터카에는 철로 없습니다. 대신 있는 가이드웨이라고 하는 길에는 차체를 부상시키기 위한 부상 코일, 차체를 달리게 하기 위한 추진 코일이 장착되어 있습니다. 코일과 자석 사이에는 코일 옆에서 자석을 빠르게 움직이거나 자석 옆에서 코일을 움직이면 전류가 흐른다는 특성이 있습니다. 초전도 자석을 장착한 차체가 고속으로 가이드웨이를 이동하면 부상 코일에 전류가 흐르면서 전자석이 됩니다. 이 때 부상 코일과 초전도 자석의 사이에, N극과 S극이 끌어당겨 차체를 끌어올리는 힘과 같은 극끼리가 반발해 차체를 밀어내려는 힘이 생기면서 차체가 떠오릅니다. 이때 추진 코일에 전류를 흘리면 코일이 전자석이 되고, 코일과 차체의 초전도 자석 사이에 N극과 S극이 끌어당기는 힘과 같은 극끼리 반발하는 힘을 이용하여 차체가 전진하게 됩니다. 리니어 모터카는 처음에는 바퀴로 달리기 시작하고 시속 200Km가 되면 자석의 힘이 커져 차체가 떠오릅니다.