(134-3-1) 자가부상식 철도에서 흡인식과 반발식 비교

1. 서론

자기부상식 철도(Maglev, Magnetic Levitation)는 차량이 선로 위를 부상하여 주행하는 기술로, 마찰을 최소화하여 고속 운행이 가능하다. 자기부상 방식은 크게 흡인식(Electromagnetic Suspension, EMS)과 반발식(Electrodynamic Suspension, EDS)으로 구분된다.

2. 자기부상 방식 개요

2.1 흡인식 자기부상 (EMS, Electromagnetic Suspension)

1. 원리: 궤도 아래쪽에 설치된 전자석이 차량의 강자성체(철제 구조물)를 끌어당겨 부상시키는 방식
2. 특징:
   • 전자석을 정밀하게 제어하여 차량과 궤도 간의 일정한 간격(약 10mm 내외)을 유지
   • 실시간 피드백 시스템을 통해 자기력을 조절하여 안정적인 부상 유지
   • 상온 초전도체 또는 일반 전자석을 이용하며, 상대적으로 낮은 자기장을 사용
3. 장점:
   • 부상 높이가 낮아 선로와 차량 간의 간격을 정밀하게 제어 가능
   • 초기 가속 시에도 안정적인 부상 유지
   • 구조가 비교적 단순하여 도시철도 및 저속형 자기부상 열차에 적합
4. 단점:
   • 지속적인 전력 공급이 필요하여 전력 소모가 크고, 정전 시 부상 유지 불가
   • 부상 안정성을 위한 정밀한 제어 시스템 필요

2.2 반발식 자기부상 (EDS, Electrodynamic Suspension)

1. 원리: 초전도 자석 또는 강한 영구자석을 이용하여 궤도의 도전성 코일과의 반발력에 의해 부상하는 방식
2. 특징:
   • 차량이 일정 속도(약 100km/h 이상)에 도달하면 전자기 유도 현상에 의해 부상
   • 차량의 고온 또는 저온 초전도체 자석과 궤도 측의 도전성 코일 간의 반발력으로 부상 유지
   • 부상 높이는 약 100mm 이상으로, 비교적 높음
3. 장점:
   • 외부 전력 공급 없이도 자석과 도전성 코일 간의 상호작용으로 부상 유지 가능
   • 상대적으로 높은 부상 높이로 인해 궤도 정밀도 요구가 낮고, 이물질에 대한 내성이 높음
   • 초고속(500km/h 이상) 운행이 가능하여 고속철도에 적합
4. 단점:
   • 저속에서는 충분한 반발력이 발생하지 않아 보조 바퀴를 이용한 주행 필요
   • 강한 자기장을 사용하므로 승객 보호를 위한 차폐 기술이 요구됨
   • 초전도체 유지 및 냉각을 위한 추가적인 시스템이 필요

3. 흡인식과 반발식 비교

부상 원리	전자석이 차량을 끌어당김	자기 반발력으로 부상
부상 높이	약 10mm 내외	약 100mm 이상
운영 속도	중저속 (500km/h 이하)	초고속 (500km/h 이상)
전력 공급	지속적인 전력 필요	일정 속도 이상에서 외부 전력 없이 유지 가능
초기 가속	정지 상태에서도 부상 가능	100km/h 이상에서만 부상 가능
구조적 특성	선로와 차량 간 정밀한 제어 필요	상대적으로 간단한 선로 구조
적용 사례	독일 트랜스래피드(Transrapid)	일본 JR-Maglev

4. 결론

흡인식(EMS)과 반발식(EDS)은 각각의 장점과 단점이 존재하며, 운영 목적과 환경에 따라 선택된다. 흡인식은 정밀한 제어와 상대적으로 낮은 속도에서의 운행에 유리하며, 도시형 자기부상열차에 적합하다. 반면, 반발식은 고속 운행이 가능하고 외부 전력 공급 없이도 부상이 유지되지만, 초기 가속 문제와 강한 자기장에 대한 대비가 필요하다. 향후 자기부상철도 기술이 발전함에 따라 각 방식의 단점을 보완한 하이브리드형 시스템이 개발될 것으로 기대된다.