선형 전동기

1. 개요
2. 쓰임새
2.1. 궤도교통
2.2. LIM 적용 도시철도 노선

Linear Motor
線形電動機

1. 개요

모터의 일종. 원을 그리며 돌아가는 보통의 모터와는 달리, 직선으로 나아가는 형식의 모터이다. 회전자가 변형되어 바닥에 설치된 리니어 유도 레일에 접촉하여 리니어 유도 레일과 상호 자기장의 영향을 받아 출력을 발생시킨다.

2. 쓰임새

분진이 생기면 안 되는 물건[1]을 운반하거나 궤도교통에 이용한다. 이외에도 LIM 모터를 사용해서 높이 올라가지 않고도 처음부터 튕겨져 나가듯이 가속하는 급발진 롤러코스터도 존재한다. 롯데월드아트란티스가 대표적으로 모터 특성상 높은 곳에서 위치 에너지와 관성에 가속을 의존하는 기존의 롤러코스터와 달리 LIM 특유의 조용함과 가속력이 합쳐져서 부드럽게 치고 나가는 느낌으로 처음 타는 사람들은 웬 처음부터 풀스피드로 내달리는 낚시에 깜짝 놀라기도 한다.

2.1. 궤도교통

자기부상열차는 모터로 LIM을 채용한다. 자기부상열차는 재래식 모터를 사용할 수 없는 이유로[2] 초전도반발식과 상전도흡인식 할 것 없이 모두 LIM을 사용한다.

도시철도에서도 LIM을 사용하는 경우가 존재한다. 이 경우는 자기부상열차와 달리 선로 두 가닥 사이에 있는 철제 플레이트와 차량 하부에 있는 모터 사이에서 추진력을 얻는 방식이다. 기존의 둥근 모터를 펼쳐놓은 구조로서 차상 전자석과 지상 자석간의 극을 맞춰 밀고 당기는 힘으로 달리는 것으로 이해하면 된다. 모터의 일부가 선로 사이의 자석으로 쭉 깔려 있기에 열차에 탑재하는 모터를 작게 할 수 있다. 따라서 지하구간에서 열차가 차지하는 면적이 줄어들고, 이에 따라 터널 단면적의 높이를 기존 지하철 대비 1m 정도 줄이는 것이 가능해짐으로서 조금 더 저예산으로 도시철도를 건설할 수 있는 장점이 있다. 아울러 바퀴가 아닌 자석으로부터 추진하기 때문에 공전 혹은 접지력 문제를 무시할 수 있어서 폭설 같은 악천후에도 주행이 가능하며, 일반 전동차로 대응이 불가능하고 고무차륜 열차에서나 대응 가능한 60퍼밀 상당의 급구배[3]에도 철차륜 열차로도 대응할 수 있다는 장점이 있다. 이는 급구배가 아닌 일반적인 구배에서도 장점이 되는데, 같은 구배라면 접지력 차이로 인한 동력 손실을 무시하는 LIM 특성상 LIM이 일반 철도보다 더 높은 가속력과 더 높은 안정성과 승차감을 가지게 된다. 이는 LIM 노선이 아닌 인천 도시철도 2호선검바위역 - 아시아드경기장역 구간에서 전동차가 검바위역 방향으로 진행할 때에는 최대출력을 내고, 아시아드경기장역 방향으로 진행할 때는 지속적으로 제동을 거는 것과 대비해 LIM 노선인 용인경전철초당역 - 삼가역 구간에서는 급구배 구간을 지나는지조차 모를 정도로 균일한 출력과 가속도, 승차감을 유지하는 것으로 느낄 수 있다.

하지만 효율이 일반 모터를 이용한 전동차보다 나쁘고, LIM 시스템은 전용 브레이크를 사용하는 비상 제동을 제외한 모든 추진 동력을 지상 플레이트에 의존하기 때문에 플레이트가 없다면 달릴 수 없다는 점과 그로 인해서 재래식 인프라를 사용하는 타 궤도노선과의 직결운행을 포함한 시스템 연계가 사실상 불가능하다는 단점을 가진다. 이런 문제로 도쿄 도 교통국 오에도선에는, 전동차를 차량기지까지 끌어오기 위한 기관차가 있다.

LIM을 채용한 궤도교통 시스템은 Bombardier INNOVIA Metro 시스템이 대표적이며, 이외에도 일본에서는 INNOVIA Metro 계열 시스템과 다르게 유인운전과 가공전차선 방식을 사용하는 별도의 LIM 시스템을 사용하고 있다.

향후에 LSM 리니어 모터를 사용한 초고속열차가 개발될 것으로 보인다.[4]

2.2. LIM 적용 도시철도 노선

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  1. [1] 예를들면 LCD 패널이나 반도체 소자.
  2. [2] 만약 사용한다면 굳이 부상해서 추진하는 의미가 없다. 열차가 부상해도 동력전달용 바퀴가 해괴하게 붙어있으면 무슨 소용인가?
  3. [3] 일반 철도의 급구배 한계는 기관차 편성의 경우 약 30퍼밀, 동력분산식 동차 편성의 경우 약 35퍼밀, 철차륜 경전철 시스템의 경우 약 55퍼밀 정도이다.
  4. [4] 정확하게는 Linear Synchronous Motor라는 선형동기모터로서 선형유도모터는 아니지만 리니어 모터에 의한 구동한다는 점에서는 동일하다.
  5. [5] 자기부상열차 특성상 리니어 모터가 적용되어 있다.
  6. [6] LIM 사용 노선은 아니나, 추후 LIM 시설의 설치가 가능하도록 대비되어 있다.

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