[지금 대덕에선] 신병천 기계硏 자기부상열차 실용화사업단장

"도시형 자기부상열차 상용화 전자석 무게 줄이기가 핵심기술"

ㄷ자형 타이빔 하단에 있는 전자석의 힘으로 열차가 부상하며 자력을 조절해 1cm 안팎의 부상 높이를 유지한다.

도시형 자기부상열차에 적용될 외부 디자인.

[지금 대덕에선] 신병천 기계硏 자기부상열차 실용화사업단장

"도시형 자기부상열차 상용화 전자석 무게 줄이기가 핵심기술"…2012년 인천국제공항에 시범노선… 시속 110㎞는 충분히 낼수 있을것

대덕=강재윤기자 [e-mail]

ㄷ자형 타이빔 하단에 있는 전자석의 힘으로 열차가 부상하며 자력을 조절해 1cm 안팎의 부상 높이를 유지한다.

도시형 자기부상열차에 적용될 외부 디자인.

“오는 2012년 인천에서 상용화되는 도시형 자기부상열차 건설사업과 관련된 연구의 핵심은 열차에 장착되는 전자석의 효율을 높이면서도 무게를 줄여 선로구축 비용을 낮추는 기술 개발입니다.”

도시형 자기부상열차 실용화 사업을 담당하고 있는 한국기계연구원 ‘도시형자기부상열차실용화사업단’의 신병천(사진ㆍ54) 단장은 그동안 연구된 기초기술을 토대로 경제성을 따져가며 실용화하는 연구를 진행하고 있다.

자기부상열차는 전자석의 반발력을 이용해 열차가 공중에 떠 있는 상태에서 운행되도록 하는 것으로 소음이나 진동이 없고 유지보수 비용이 적다는 장점이 있어 향후 활용이 확산될 교통수단이다.

현재 기계연에서는 시속 110㎞ 이하의 저속형과 최고시속 550㎞에 달하는 고속형으로 나눠 연구를 진행하고 있다. 신 단장이 담당한 도시형 자기부상열차는 저속형 모델이다.

신 단장은 “저속형과 고속형은 자력을 이용해 열차가 부상한다는 원리는 같지만 적용 기술이 서로 달라 별도 연구가 필요하다“며 “이미 기초기술 연구가 상당히 진척된 도시형을 2012년까지 실용화할 계획”이라고 말했다.

지난 1998년부터 연구개발이 시작된 저속형 자기부상열차는 건설비용 등의 문제로 활용처를 찾지 못하다 올해 대전 국립중앙과학관과 엑스포과학공원을 연결하는 시범노선(1㎞)을 개통했다. 2012년에는 실용화 사업의 일환으로 인천국제공항에 약 6.1㎞의 시범노선을 만들 예정이다.

시속 약 110㎞의 속도로 무인 운전되는 도시형 자기부상열차의 실용화와 관련, 신 단장은 “향후 추가적인 3단계 노선 확장을 위해 전체 교통체계 및 안전성을 확보하는 연구를 비롯해 차량 1량당 약 3.96톤에 달하는 전자석 무게를 3톤 수준으로 낮추는 연구에 주력하고 있다”고 설명했다. 이밖에 선로구축 비용을 기존 철도 수준인 1㎞당 400억원 정도로 낮추는 연구를 벌이고 있다. 선로폭에 해당하는 궤간을 2m에서 1.85m로 줄인 것도 비용절감을 위해서다.

도시형 자기부상열차에 사용되는 자기부상 방식은 ‘전자석을 이용한 흡인식’으로 고속형에 사용되는 전자석 반발식과 다소 차이가 있다. 전자석을 이용한 흡인식은 자기부상열차 바닥에 바퀴 대신 ‘ㄷ자’ 모양의 전자석을 부착, ㄷ자 사이에 금속제 철도 부분이 위치하는 형태다.

전자석을 연결하기 전에는 열차의 ㄷ자 윗부분이 바닥에 닿은 상태지만 아랫부분에 전자석을 작동시키면 자력으로 열차가 들어올려지며 공중에 뜬 상태가 된다. 아랫부분의 전자석은 지속적으로 자력을 조절해 위쪽 철로 부분으로 달라붙지 않도록 함으로써 열차가 약 1㎝ 정도 뜬 상태를 유지하게 된다.

이렇게 자기부상 상태인 열차 하단에는 선형 유도전동기가 장착됐으며 이 전동기로 전진과 후진이 가능해진다. 신 단장은 “선형 유도전동기는 원형의 전기 모터를 일직선 형태로 펴놓은 것과 같은 것으로 제일 앞쪽의 한 구간이 앞쪽의 철로 쪽으로 끌어당기는 순간 바로 뒤의 구간에서 철로를 뒤쪽으로 밀어내는 작용을 한다“며 “열차 바닥에 있는 선형 유도전동기가 이러한 작용을 계속 반복함으로써 열차가 전진하게 된다”고 설명했다.

총 사업비 4,500억원이 투입되는 이 사업에서 기계연 실용화사업단은 총괄 기능을, 로템은 차량 개발을, 한국철도시설공단은 선로 건설을 담당하며 무인자동운전을 적용할 예정이다.

그러나 도시형 자기부상열차의 시속이 110㎞라는 것은 아직 이론적으로만 확인됐을 뿐이다. 열차가 시속 110㎞로 달리려면 직선구간으로 최소 2㎞ 이상의 선로가 필요하다. 하지만 현재 기계연 내 자기부상열차 시험선로는 곡선구간을 포함해 1.3㎞에 불과하다. 지난 4월 개통된 대전 국립중앙과학관과 과학공원 구간도 1㎞에 불과해 어느 곳에서도 시속 110㎞의 테스트를 해보지 못했다.

이와 관련해 신 단장은 “현재 시속 30~40㎞의 저속운전만 가능하지만 자기부상력과 선형 유도전동기 추진능력 등을 토대로 계산해보면 시속 110㎞는 충분히 낼 수 있을 것”이라며 “인천국제공항 시범노선 건설 때 2㎞ 이상의 직선구간을 먼저 건설해 속도 테스트를 진행할 계획”이라고 말했다.