초전도 리니어

3. 역사

초전도 리니어 개발은 1962년 일본국유철도(JNR)에서 시작되었다.^[5] 동해도신칸센 개통 전인 1962년, 철도기술연구소는 차세대 고속철도에 대한 기초 연구를 시작했는데, 최고 시속 500km로 도쿄와 오사카 간을 1시간에 연결하는 것이 목표였다. 자기부상 리니어 모터 방식 외에도 공기부상, 차륜 지지 리니어 모터도 검토되었다.^[67]

1972년 철도기술연구소의 짧은 시험선로에서 최초로 초전도 자기부상(SCMaglev) 시험 주행에 성공했고,^[6] 1974년에는 미야자키현에 실험선을 건설하기로 결정하고 착공했다.

1990년에는 야마나시현에 더 본격적인 실험선(야마나시 실험선) 공사가 시작되었으며, 1996년 야마나시 실험 센터가 개소하고 1997년부터 MLX01을 이용한 실험 주행이 시작되었다. 2015년 4월 21일, L0계가 시속 603km로 주행하여 철도로서 세계 최고 속도 기록을 갱신했다.^[80]

3. 1. 미야자키 시험선

3. 2. 야마나시 시험선

4. 차량

초전도 리니어 차량은 지상 1차식 리니어 모터를 채용하며, 차량은 부상, 추진, 안내에 모두 초전도 전자석을 이용한다. 차량 주행 제어는 지상에서 이루어지며, 초전도 전자석은 초전도 상태가 되면 전력 공급이 필요 없어 차량의 소형화, 경량화가 용이하다. 신칸센과 비교하면 차량 중량을 약 1/3로 줄일 수 있다.^[1]

초전도 리니어 차량은 여러 세대에 걸쳐 개발되었으며, ML100, ML500, MLU001, MLU002, MLX01, L0계 신칸센 등 다양한 모델이 있다.

4. 1. 차량 목록

• 1972년 – LSM200
• 1972년 – ML100
• 1975년 – ML100A
• 1977년 – ML500
• 1979년 – ML500R (ML500 개조)
• 1980년 – MLU001
• 1987년 – MLU002
• 1993년 – MLU002N
• 1995년 – MLX01 (MLX01-1, 11, 2)
• 1997년 – MLX01 (MLX01-3, 21, 12, 4)
• 2002년 – MLX01 (MLX01-901, 22)
• 2009년 – MLX01 (MLX01-901A, 22A: 901과 22 개조)
• 2013년 – L0계 신칸센
• 2020년 – 개량된 L0계 신칸센

5. 기록

초전도 리니어는 여러 차례 속도 기록을 경신했다. 2015년 L0계열이 유인 주행에서 603km를 기록하여 현재 세계 최고 속도 기록을 보유하고 있다.^[4]

5. 1. 유인 기록

6. 기본 기술 (일본어 문서 번역)

초전도 리니어 열차는 신칸센에 적용된 기존의 궤도 접지 주행 방식이 가지는 기술적 한계를 극복하기 위해 자기부상 방식을 사용한다. 초전도 전자석을 이용한 리니어 모터 주행 방식은 JR 자기부상철도가 유일하며, 기초 기술부터 일본에서 독자적으로 개발되었다는 점이 주목할 만하다. 이미 기술적으로 실용화 단계에 있으며, 야마나시현에 있는 18.4km의 시험 노선에서 일반인도 시속 500km를 체험할 수 있다.

자기부상철도에는 독일의 트란스 라피드나 일본의 HSST 등도 있다. 2027년을 목표로 주오 신칸센에서 수도권과 주쿄권 간의 영업 운전을 실시할 예정이다.

SCMaglev 시스템은 전자기 부상(EDS) 시스템을 사용한다. 열차의 대차에는 초전도 자석이 설치되어 있고, 가이드웨이에는 두 세트의 금속 코일이 있다. 현재 부상 시스템은 가이드웨이 양쪽 벽면을 따라 "8자" 모양으로 감긴 일련의 코일을 사용하며, 이 코일들은 선로 아래에서 교차 연결된다.

열차가 가속되면 초전도 자석의 자기장이 자기장 유도 효과로 인해 코일에 전류를 유도한다. 열차가 코일 중앙에 있으면 전위가 균형을 이루어 전류가 유도되지 않지만, 열차가 비교적 저속으로 고무 바퀴로 주행하는 경우 자기장이 코일 중앙 아래에 위치하여 전위가 불균형해진다. 이로 인해 렌츠의 법칙에 따라 초전도 자석의 극과 반대되는 반응성 자기장과 이를 끌어당기는 위쪽 극이 생성된다. 열차가 150km/h에 도달하면 가이드웨이 위 100mm로 열차를 들어 올릴 수 있을 만큼 충분한 전류가 흐른다.

이러한 코일은 유도력과 안정화력도 생성한다. 코일이 가이드웨이 아래에서 교차 연결되어 있기 때문에 열차가 중앙에서 벗어나면 위치를 수정하는 전류가 연결부에 유도된다. SCMaglev는 또한 가이드웨이에 있는 두 번째 코일 세트에 전력을 공급하는 선형 동기 모터(LSM) 추진 시스템을 사용한다.

일본국유철도(국철)의 자기부상열차 연구는 동해도신칸센 개통 전인 1962년(쇼와 37년)에 철도기술연구소에서 차세대 고속철도에 대한 기초 연구를 시작하면서 시작되었다. 기본 목표는 최고 시속 500km로 도쿄와 오사카 간을 1시간에 연결하는 것이었다. 자기부상 리니어 모터 방식 외에도 공기부상, 차륜 지지 리니어 모터도 검토되었다.^[67]

1960년대에 미국 브룩헤이븐 국립연구소의 파월과 댄비가 초전도전자석에 의한 EDS 부상을 제안했다. 1969년(쇼와 44년), 초전도를 이용한 전자석에 의한 자기부상이 철도기술연구소의 교야 요시야스 등의 그룹에 의해 연구 주제로 제안되었다.^[68] 같은 해 12월에는 초전도 자기부상 방식으로 도쿄-오사카 간을 1시간에 연결하기 위한 연구를 하고 있다는 최초의 기자 발표가 있었고, 1970년(쇼와 45년) 4월에는 도쿄에서 열린 “철도의 근대화에 관한 세계 철도 수뇌자 회의”에서 국철 이소자키 사토시 총재가 초전도 전자석 방식 개발에 대해 언급했다.^[69] 같은 해 개최된 일본 만국박람회의 “일본관”에서 리니어 모터카 모형이 전시되어 일반 대중에게 널리 알려졌다.

1971년(쇼와 46년) 3월, 초전도 전자석을 고정하고 그 아래에 코일을 얹은 원반이 회전하는 형태의 기초 실험 장치가 만들어져 초전도 자기부상이 처음으로 실현되었다.^[70][71] 1972년(쇼와 47년) 3월에는 철도기술연구소 구내에 220m의 실험선이 설치되어, 안내는 레일과 슈에 의한 접촉 방식이었지만, 처음으로 자기부상 자기 추진 시험 차량 LSM200이 주행했다.^[72] 이후 4인승 ML100이 제작되었고, 같은 해 10월 14일 철도 기념일에 철도 개업 100주년을 기념하여 열린 철도기술연구소의 일반 공개에서 공개 실험이 이루어졌다.^[17] 1974년(쇼와 49년)에는 안내에도 자기를 이용한 완전 부상 방식의 ML100A가 제작되어 주행에 성공했다.^[73]

1974년(쇼와 49년)에 부상식 철도 개발 회의에서 미야자키 실험선을 건설하기로 결정하고 같은 해에 착공했다. 1977년(쇼와 52년) 4월에 실험 센터가 개소하고, 7월에 완성된 1.3km 구간을 이용하여 ML500에 의한 주행 시험이 시작되었다. 1979년(쇼와 54년) 8월에 전선 7km가 완성되어, 같은 해 12월 21일에 무인 주행으로 시속 517km의 세계 최고 기록을 달성했다. ML500을 개조한 ML500R에서 처음으로 냉동기가 탑재되었다.^[74]

ML500R에서의 실험으로 소형 고성능 냉동기의 필요성이 인식되어 스터링 사이클을 이용한 냉동기 연구가 진행되었다. 차량용 소형 냉동기가 실현되었고, 초전도 전자석의 대형화 연구가 진행되어 안내·추진용과 부상용으로 따로 설치했던 초전도 전자석을 겸용할 수 있게 되었다. 이에 따라 대폭적인 경량화에 성공하고, 가이드웨이를 U자형으로 개조하여 1980년(쇼와 55년)부터 MLU001에 의한 주행 실험이 시작되었다. 1982년(쇼와 57년) 9월에 미야자키 실험선에서 최초의 유인 주행 실험에 성공했다. 1986년(쇼와 61년) 12월에는 3량 편성으로 시속 352.4km를 달성했다. 1987년(쇼와 62년)에는 2량 편성으로 무인 시속 405.3km, 유인 시속 400.8km의 최고 속도를 달성했다.^[17][75]

1987년(쇼와 62년) 3월에 MLU002가 완성되어, 4월 국철 분할 민영화에 의해 재단법인 철도종합기술연구소에 이관된 후, 5월부터 주행 실험을 시작했다. MLU002에서는 실용화를 목표로 차내에 냉난방 장치가 설치되어 일반인의 시승 체험도 실시했다. 그러나 1991년(헤이세이 3년) 10월 3일에는 타이어 펑크 재현 장치 오작동으로 차륜과 가이드웨이 마찰로 인해 화재가 발생하여 MLU002가 소실되는 사고가 발생했다. 잠정적으로 MLU001을 개조하여 개발이 계속되었다. 소실 사고의 교훈으로 차륜 디스크를 마그네슘에서 알루미늄으로 변경하는 등 난연화 대책을 실시한 MLU002N이 1993년(헤이세이 5년)에 도입되어 실험이 이루어졌다. MLU002N에 의해 1994년(헤이세이 6년)에는 무인으로 시속 431km를, 1995년(헤이세이 7년) 1월 26일에 유인으로 시속 411km를 기록했다. 급냉 현상과 액체 헬륨 이상 소비 문제도 원인이 해명되어 대책이 시행되었다.^[76][77]

미야자키 실험선에서의 기술 개발은 축적되었지만, 길이 7km의 실험선으로는 한계가 있어 보다 본격적인 실험선이 필요하게 되었다. 1990년(헤이세이 2년)에는 야마나시 실험선 공사에 착수했다. 1988년(쇼와 63년)에 JR 도쿄역 야에스 북쪽 출입구 콩쿠르 및 일본 디자인 학회 춘계 대회에서 리니어 익스프레스 MLU00X1의 디자인이 발표되었고, 오사카·기후·고후에서 모형을 이용한 전시회가 개최되었다.

1996년(헤이세이 8년)에 야마나시 실험 센터가 개소하고, 1997년(헤이세이 9년) 2월 17일부터 야마나시 실험선에서 MLX01에 의한 실험 주행이 시작되어, 4월 3일에 정식으로 기본 주행 시험 개시 테이프 커팅을 하고, 5월 30일부터 부상 주행이 시작되었다. 같은 해 12월 12일에는 유인 주행으로 시속 531km를, 같은 달 24일에는 무인 주행으로 설계 속도인 시속 550km를 기록했다. 무인 주행 속도는 당시 철도로서 세계 최고 기록이었다.^[78]

복선 구간을 이용하여 고속에서의 스쳐 지나가는 실험도 실시되어, 1999년(헤이세이 11년) 11월에 상대 속도 시속 1,003km를 기록했다. 2003년(헤이세이 15년), JR 동해 가사이 케이지 사장(당시)은 기술진 앞에서 최고 속도 시속 700km를 목표로 하라고 지시했다. 같은 해 12월 2일, 3량 편성 차량으로 시속 581km의 세계 최고 기록을 세웠다(MLX01). 2004년(헤이세이 16년) 11월 16일의 고속 스쳐 지나가는 시험에서, 종전의 최고 기록인 상대 속도 시속 1,015km를 갱신하여, 상대 속도 시속 1,026km를 기록했다.

2005년(헤이세이 17년) 3월 11일에 초전도 자기부상식 철도 실용 기술 평가 위원회는 “실용화의 기반 기술은 확립되었다”고 평가했다. 같은 해 11월 22일, 신개발의 고온 초전도 전자석(비스무트계)에 의한 주행 실험이 시작되어, 같은 날 시속 501km의 주행을 달성했다.

2006년(헤이세이 18년)에 실험선 설비를 실용 레벨 사양으로 전면 개수하고, 본래 계획인 42.8km로 연장하기로 결정했다. 이러한 공사와 실용화 확인 시험에 전념하기 위해 2007년(헤이세이 19년) 4월 20일, 초전도 리니어 시승회 중지가 발표되었다.

2007년(헤이세이 19년) 1월 23일, 국토교통대신에 의해 야마나시 실험선 설비 갱신 및 연장이 승인되었다.

2009년(헤이세이 21년) 3월 27일, JR 동해가 신형 리니어 시험 차량 디자인을 발표했다. 선두 형태가 원형에서 각형으로 바뀌고, 차량 형태가 크게 변경되었다.

2015년(헤이세이 27년) 4월 16일, L0계가 시속 590km로 주행하여 철도로서 세계 최고 속도를 기록했고,^[79] 4월 21일에는 시속 603km로 주행하여 철도로서 세계 최고 속도 기록을 갱신했다.^[80]

6. 1. 부상

미야자키 실험선에서는 초기 궤도 바닥면에 부상 코일을 설치(대향반발 부상 방식)했다. 1991년 (헤이세이 3년) 6월부터 측벽 부상 방식의 실험이 시작되었고^[29], 야마나시 실험선에서도 채택되었다. 측벽 부상 방식은 부상·유도 코일을 측벽에 배치하고, 상하 방향으로 8자 모양으로 감는 방식이다.

차량이 고속으로 진입하면 초전도 자석으로 발생한 자계에 대해 부상·유도 코일에 유도 전류가 흐르고, 코일 아래쪽에서는 반발력, 위쪽에서는 흡인력의 전자력이 발생하여 차량이 부상한다. 부상력은 코일 중심을 통과하는 자계 중심의 어긋남에 비례하여 발생하고, 코일 내부의 전류도 마찬가지이다.

저속에서는 자기저항이 커지므로, 고무 타이어 차륜으로 차체를 지지하고 부상·유도 코일의 중심을 초전도 자석이 통과하도록 하여 자기저항을 회피한다.^[30] 이후 자기저항이 충분히 작아지는 속도에 도달하면 고무 타이어 차륜을 들어 올려 부상 주행으로 전환한다. 이를 통해 코일 내부의 전류를 작게 하여 자기저항을 줄인다.

차량의 초전도 자석이 부상·유도 코일의 중심 높이에서 상하로 변위하면, 유도 전류에 의해 변위와 반대 방향의 전자력이 발생하여 차량을 복원하는 힘이 작용한다. 궤도 바닥면으로부터의 부상량은 측벽 부상 코일 설치 위치에서 자유롭게 결정할 수 있다는 장점도 있다. 야마나시 실험선에서는 약 100mm의 부상을 얻을 수 있는 위치에 부상·유도 코일이 설치되어 있다.

일본국유철도(국철)에서 리니어 모터카 개발을 지휘했던 교야 요스타는 지진이 많은 일본에서도 안정적으로 주행하기 위해 과감한 부상 높이가 필요하다고 생각하여 10cm 부상을 목표로 했다.^[31] 측벽 부상 방식에서는 부상 높이에 큰 의미가 없고, 가이드웨이에 바닥면이 없어도 부상 주행이 가능하다. 그러나 가속하여 부상 주행으로 전환할 때까지는 고무 타이어 차륜으로 바닥면에 지지되어 주행하므로 바닥면이 필요하다.^[32]

6. 2. 유도 집전

6. 3. 추진

6. 4. 안내

7. 차량 기술 (일본어 문서 번역)

초전도 리니어 열차는 신칸센에 적용된 기존의 궤도 접지 주행 방식이 가진 기술적 한계를 극복하기 위해 자기부상 방식을 사용한다. 초전도 전자석을 이용한 리니어 모터 주행 방식은 JR 자기부상철도가 유일하며, 기초 기술부터 일본에서 독자적으로 연구 개발되었다는 점이 주목할 만하다. 이미 기술적으로 실용화 단계에 있으며, 야마나시현에 설치된 18.4km의 시험 노선에서 일반인도 500km/h의 속도를 체험할 수 있다.

초전도 리니어 차량 종류는 다음과 같다.

• 1972 – LSM200, ML100
• 1975 – ML100A
• 1977 – ML500
• 1979 – ML500R (ML500 개조)
• 1980 – MLU001
• 1987 – MLU002
• 1993 – MLU002N
• 1995 – MLX01 (MLX01-1, 11, 2)
• 1997 – MLX01 (MLX01-3, 21, 12, 4)
• 2002 – MLX01 (MLX01-901, 22)
• 2009 – MLX01 (MLX01-901A, 22A: 901과 22 개조)
• 2013 – L0계 신칸센
• 2020 – 개량된 L0계 신칸센

초전도 리니어는 지상에 설치된 리니어 모터를 사용하며, 차량은 부상, 추진, 안내를 위해 초전도 전자석을 사용한다. 차량 주행 제어가 모두 지상에 있고, 초전도 전자석은 초전도 상태가 되면 전력 공급이 필요 없어 차량의 소형화 및 경량화가 용이하다. 신칸센과 비교하면 차량 중량을 약 1/3로 줄일 수 있다.

차량은 초전도 전자석, 냉각 시스템, 보조 지지 바퀴 및 안내 바퀴가 포함된 대차를 사용하며, 대차와 차량 본체는 에어 서스펜션으로 지지된다.

차량의 강력한 자기장을 위해 니오브·티탄(NbTi) 합금계 극세 다심선을 구리 모재에 묻어 만든 초전도전자석 코일을 사용하며, 액화헬륨을 사용하여 냉각한다. 2001년에는 이붕화마그네슘(MgB₂ )을 이용한 새로운 초전도전자석 코일 개발이 시작되었으며, 이 코일은 약 20K(-253℃)에서 초전도 상태 유지가 가능하고, 냉동기로 직접 냉각할 수 있으며, 전류 감소 손실이 적다.

초전도 코일에 흐르는 영구 전류 개폐를 제어하는 장치를 영구 전류 스위치라고 하며, 초전도 리니어에는 열식 영구 전류 스위치가 채택되어 있다. 초전도 코일 여기(勵起)를 위해 연결되는 파워 리드는 열 유입 경로가 되기 쉬우므로, 열전도율이 낮은 고온 초전도체를 사용한 파워 리드 개발도 진행되고 있다.^[37]

차량 내부에는 초전도 전자석 냉각 시스템이 탑재되어 있으며, 차량 냉각기, 버퍼 탱크와 전자석을 직접 연결하여 코일을 냉각하는 직접 냉각 방식이다.^[2]

약 150 km/h 이하의 속도에서는 보조 지지차륜과 안내차륜을 내려 주행하며, 차륜에는 라디알 구조의 고무 타이어가 사용된다. 일반 운행 시에는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회생 제동(回生ブレーキ)이 사용되며, 비상시를 대비하여 공기 제동(空力ブレーキ), 디스크 브레이크, 접지 제동(接地ブレーキ)과 같은 제동 장치가 준비되어 있다.

차량 추진에 필요한 전력은 차량에 탑재할 필요가 없지만, 차상 초전도 자석 냉각, 제어, 조명, 공조 등에 필요한 전력 공급을 위해 니켈-카드뮴 축전지, 유도 집전 장치를 이용한 비접촉 급전, 가스터빈 발전 등이 시도되었다. 궤도 측 추진 코일의 자극 전환을 위해 '''교차 유도선 방식'''을 통해 정확한 차량 위치 검지가 필요하다.

7. 1. 대차

7. 2. 초전도 전자석

8. 궤도 (일본어 문서 번역)

초전도 리니어는 신칸센에 적용된 기존 궤도 접지 주행 방식의 기술적 한계를 극복하고자 부상 주행 방식을 사용한다. 초전도 전자석을 이용한 리니어 모터 주행 방식은 JR 자기부상철도가 유일하며, 기초 기술부터 일본에서 독자적으로 연구 개발되었다는 점이 주목할 만하다. 야마나시현에는 18.4km의 시험 노선이 설치되어 일반인도 시승을 통해 500km/h의 속도를 체험할 수 있다.

자기부상철도에는 독일의 트란스 라피드나 일본의 HSST 등도 있다. 2027년을 목표로 주오 신칸센에서 수도권과 주쿄권 간의 영업 운전을 실시할 예정이다.^[1]

8. 1. 기본 구조

8. 2. 자기 항력에 대한 설계

8. 3. 건설 방식

• 직부착 방식
• 빔 방식
• 패널 방식

8. 4. 분기 장치

9. 열차 제어 (일본어 문서 번역)

초전도 리니어는 궤도에 설치된 코일로 차량 운행을 제어하는 지상 일차 방식의 동기 모터를 사용한다. 따라서 열차 운행은 모두 지상에서 이루어진다. 동기 모터 특성상 정확한 차량 위치 파악이 필요하며, 변전소마다 폐색 구간을 설정하여 '1변전소 1폐색 1열차' 방식으로 운행한다. 이는 기존 철도 시스템과 크게 다른 점이다. 열차 제어는 운행 관리, 구동 제어, 보안 제어 시스템을 통해 이루어진다.^[1]

9. 1. 운행 관리 시스템

9. 2. 구동 제어 시스템

9. 3. 보안 제어 시스템

9. 4. MTP (Maglev Train Protection)

10. 기타 지상 시설 (일본어 문서 번역)

초전도 리니어 열차는 신칸센에 적용된 기존의 궤도 접지 주행 방식의 기술적 한계를 극복하고자 부상 주행 방식을 채택했다. 초전도 전자석을 이용한 리니어 모터 주행 방식은 JR 자기부상철도가 유일하며, 기초 기술부터 일본에서 독자적으로 연구 개발되었다는 점이 주목할 만하다. 야마나시현에는 18.4km의 시험 노선이 설치되어 있어, 일반 시승으로도 500km/h의 속도를 체험할 수 있을 정도로 기술적으로 이미 실용화 단계에 있다.

독일의 트란스 라피드나 일본의 HSST 등도 자기부상철도에 해당한다. 2027년을 목표로 주오 신칸센에서 수도권과 주쿄권 간의 영업 운전을 실시할 예정이다.

10. 1. 변전소

10. 2. 역

11. 주행 안전성 (일본어 문서 번역)

초전도 리니어 열차는 신칸센에 적용된 궤도 접지 주행의 기술적 한계를 극복하기 위해 자기부상 방식을 사용한다. 특히 초전도 전자석을 이용한 리니어 모터 주행 방식은 JR 자기부상철도가 유일하며, 일본에서 독자적으로 개발되었다. 이미 기술적으로 실용화 단계에 있으며, 야마나시현에 있는 18.4km의 시험 노선에서 일반인도 500km/h의 속도를 체험할 수 있다.

독일의 트란스 라피드나 일본의 HSST 등 다른 자기부상철도도 존재한다. 2027년에는 주오 신칸센을 통해 수도권과 주쿄권 간의 영업 운전이 예정되어 있다.

초전도 리니어는 자기부상 방식을 사용하므로 궤도 철도에서 발생하는 뱀행 운동 현상은 일어나지 않는다. 그러나 주행 중 공진 현상으로 진동이 커져 궤도와 접촉할 위험이 있어 차량 설계 시 주의가 필요하다.

1991년에는 미야자키 실험선에서 MLU002 차량이 소실되는 사고가 발생했다.^[65] 보조 바퀴의 펑크를 재현하는 장치가 오작동하여 바퀴와 선로 사이에 마찰이 발생했고, 마그네슘 휠과 유압 장치 파이프 손상으로 인한 작동유 누출이 화재를 키웠다.^[65] 이후에는 난연성 소재를 사용하고 있다.

지진이 잦은 일본에서는 지진 대책이 중요하다. 초전도 리니어는 지진 감지 시 차량을 정지시키는 시스템을 갖추고 있으며, 상용 회생 브레이크를 사용하여 시속 500km/h에서 약 6km의 비교적 짧은 제동 거리를 가진다. 또한, 궤도에 왜곡이 발생해도 80mm의 부상 높이 덕분에 궤도와 차량 접촉 가능성은 낮다. 전력 손실 시에도 측면 반발력으로 벽과의 충돌은 없지만, 궤도 자체가 단층 등으로 엇갈리는 경우에는 심각한 문제가 발생할 수 있다.^[1]

초전도 리니어는 부상 주행으로 인해 공기역학적 안정성이 중요하며, 특히 측풍의 영향이 우려되지만 U자형 궤도 덕분에 기존 철도보다 강하다. 풍우에 대한 운전 기준은 신칸센 등을 참고하여 결정될 예정이며, 미야자키 실험선에서는 태풍 속에서도 주행 실험을 진행하여 문제가 없음을 확인했다. 강설 지역에는 도카이도 신칸센과 같은 제설 장치나 궤도를 덮는 쉘터 설치가 필요할 수 있다.

11. 1. 초전도 전자석

11. 2. 차량 운동

11. 3. 차량 화재

11. 4. 지진

11. 5. 날씨

12. 환경에 대한 영향 (일본어 문서 번역)

초전도 리니어는 신칸센에 적용된 기존 궤도 접지 주행 방식과 달리 부상 주행을 하여 기술적 한계를 극복한다. JR 자기부상철도는 초전도 전자석을 이용한 리니어 모터 주행 방식을 사용하며, 이는 일본에서 독자적으로 개발한 기술이다. 이미 기술적으로 실용화 단계에 있으며, 야마나시현에 있는 18.4km의 시험 노선에서 일반인도 500km/h의 속도를 체험할 수 있다.

독일의 트란스 라피드나 일본의 HSST 등도 자기부상철도 기술을 사용한다. 주오 신칸센은 2027년에 수도권과 주쿄권 간 영업 운전을 목표로 하고 있다.

초전도 리니어는 150km/h 이상으로 주행할 때 완전 비접촉 주행을 하므로, 소음의 주 원인은 공기 역학적 소음뿐이다. 또한, 정상 자기장과 주행 중 발생하는 변동 자기장이 발생하지만, 자기 차폐 등을 통해 인체에 미치는 영향을 줄이고 있다. 이산화탄소 배출량은 철도보다는 많지만, 항공기나 승용차보다는 적다.

12. 1. 소음

12. 2. 자기장

12. 3. 이산화탄소 배출량

13. 실험선 (일본어 문서 번역)

1996년부터 야마나시 실험선용으로 개발된 차량이다. 미야자키 실험선에서의 성과를 바탕으로, 부상 방식을 바닥면 부상 코일 방식(대향 반발 부상 방식)에서 측벽 부상 방식으로 대폭 개선하고, 시험 궤도와 설비도 대대적으로 개수하였다. 실용 단계로 나아가기 위한 최종 실험이라는 의미를 담아 'Experiment(실험)'의 X를 이름에 붙였다. 대량 수송 실험을 위해 본격적인 객실 공간을 마련하였다.

선두 차량 형태는 공기 저항 효과 확인을 위해 신칸센 955계 전차의 양 선두 차량 형태를 발전시킨 더블 커스프형(MLX01-1, 4)과 에어로 웨지형(MLX01-2, 3) 두 종류를 준비했다. 2002년에는 주로 터널 돌입 시 공기 진동 저감 및 열차 후단 공력 특성 개선을 위해 초롱 노즈형(MLX01-901)을 추가했다. MLX01은 데젠 마사미치, 토야 타케후미, 마츠모토 테츠오가 디자인하고, 일본차량제조 및 미쓰비시중공업에서 제조했다.

차체 길이는 선두차 28m, 표준 중간차 21.6m, 장척 중간차 24.3m^[55]이다. 너비 2.9m, 높이 3.32m^[55]로, 차량 연결부에 앞뒤 차량에 걸쳐 하나의 대차를 배치하는 '''연결 대차'''를 채택하여 대차와 객실 간 거리를 멀리해 초전도 코일의 영향을 줄였다. 초전도 전자석은 대차당 2개씩 탑재되어 있으며, 대차와 차체 본체는 공기 스프링 서스펜션으로 연결되어 승차감을 개선했다.

차체는 알루미늄 합금을 주로 사용한 세미 모노코크 구조로, 터널 주행 시 외압 변동에 견딜 수 있도록 설계되었다. 정면 단면적을 최소화한 저상 차체를 채택하여 공기 저항을 줄였다.

객실에는 장척 중간차 1량당 4좌석×17열, 총 68석이 마련되어 있으며, 천장에 수하물 선반이 있다. 초기 MLX01의 승강구는 상하 개폐식이었으나, MLX01-901부터는 일반 철도 차량과 같은 수평 개폐식으로 변경되었다. 차상 전원으로는 유도 집전 장치 또는 가스터빈 발전을 가진 차량이 있다.

2009년, MLX01-901과 MLX01-22를 개조하여 차호 말미에 "A"를 추가했다. MLX01-901은 차체 길이는 유지하면서 선두부 길이를 23m에서 15m로 단축하고, 두 차량 모두 차체 상부 양단을 각형으로 만들어 객실 공간을 넓혔다.^[56]

제조 시 초기 편성은 다음과 같으며, 그대로 또는 재조합하여 3~5량 편성으로 주행 시험을 실시했다.

• '''제1편성''' (1995년 제조)
• * MLX01-1(더블 커스프형 선두차・고후 방면) - 아이치 만국박람회 전시 후, 나고야시 미나토구에 유치(부식 시험)^[57], 2011년 개관한 「리니어 철도관」에 전시^[58]
• * MLX01-11(표준 중간차) - 2005년 3월 폐차^[59]
• * MLX01-2(에어로 웨지형 선두차・도쿄 방면 야마나시 현 리니어견학센터 전시)
• '''제2편성''' (1997년 제조, 같은 해 10월 25일부터 10월 26일까지 반입^[59])
• * MLX01-3(에어로 웨지형 선두차・고후 방면) - 주행 시험 제외, 철도 종합 기술 연구소(고분지시)에 유치(전시)^[59]
• * MLX01-21(장척 중간차)
• * MLX01-12(표준 중간차)
• * MLX01-4(더블 커스프형 선두차・도쿄 방면)
• '''추가 차량''' (2002년 제조, 같은 해 6월 18일 반입^[59], 선두차 1량으로 단독 편성 불가, 2009년 개조, 차호 말미에 A 추가)
• * MLX01-901A(초롱 노즈형 선두차・고후 방면, 개조 전 MLX01-901)
• * MLX01-22A(장척 중간차, 개조 전 MLX01-22)

13. 1. 미야자키 실험선

13. 2. 야마나시 실험선

최소곡선 구간에는 약 10도의 캔트(Cant)가 설치되어 있다. 보다 실용적인 시험을 위해 실험센터에는 길이 80m의 플랫폼과 승하차 시설이 갖춰져 있다. 선행 구간(18.4km)에서 시속 500km로 주행하면 약 2분 만에 종착역에 도달하기 때문에, 보다 실용적인 시험에 대응하기 위해 42.8km로 연장되었다. 선행 구간에서는 일반인이 시험 주행으로 시속 500km를 체험할 수 있다.

변전소는 현재 실험센터에 인접하여 설치되어 있지만, 연장 후에는 2곳이 될 예정이다.

14. 실용 노선 계획

초전도 리니어는 신칸센의 기술적 한계를 극복하기 위해 개발된 자기부상열차 기술이다. 일본은 독자적인 기술 개발을 통해 실용화 단계에 이르렀으며, 야마나시현에는 시험 노선이 설치되어 일반인도 500km의 속도를 체험할 수 있다.^[61]

2027년을 목표로 주오 신칸센에서 수도권과 주쿄권 간의 영업 운전을 실시할 예정이다. 이 외에도 미국의 노스이스트 매그레브, 오스트레일리아 동해안 고속철도 등에서도 초전도 리니어 도입이 검토되고 있다.

14. 1. 중앙 신칸센

14. 2. 노스이스트 매그레브 (미국)

14. 3. 호주 동해안 고속철도

15. 역사 (일본어 문서 번역)

1962년 일본국유철도(국철)는 도쿄와 오사카 간을 1시간 만에 주파하는 열차 개발을 목표로 선형 추진 철도 시스템에 대한 기초 연구를 시작했다.^[5] 1960년대 미국 브룩헤이븐 국립연구소에서 초전도전자석에 의한 EDS 부상이 제안되었고, 1969년 철도기술연구소에서 초전도를 이용한 전자석 자기부상을 연구 주제로 제안했다.^[68]

1970년 4월 도쿄에서 열린 “철도의 근대화에 관한 세계 철도 수뇌자 회의”에서 국철 총재가 초전도 전자석 방식 개발에 대해 언급했고,^[69] 같은 해 일본 만국박람회 “일본관”에서 리니어 모터카 모형이 전시되어 일반 대중에게 널리 알려졌다.

1971년 3월, 초전도 자기부상 기초 실험 장치가 만들어져 초전도 자기부상이 처음 실현되었다.^[70][71] 1972년 3월 철도기술연구소 구내 실험선에서 자기부상 자기 추진 시험 차량 LSM200이 처음 주행했고,^[17][72] 1972년 철도 개업 100주년 기념으로 ML100 공개 실험이 이루어졌다.^[17] 1974년 완전 부상 방식 ML100A가 제작되어 주행에 성공했다.^[17][73]

1974년 미야자키 실험선 건설이 결정되었고, 1977년 실험 센터 개소 후 ML500 주행 시험이 시작되었다. 1979년 12월 21일 무인 주행으로 시속 517km 세계 최고 기록을 달성했고, ML500R에서 처음으로 냉동기가 탑재되었다.^[17][74]

스터링 사이클을 이용한 냉동기 연구로 차량용 소형 냉동기가 실현되었다. 초전도 전자석 대형화 연구로 안내·추진용과 부상용 전자석 겸용이 가능해져 경량화에 성공, 1980년부터 MLU001 주행 실험이 시작되었다. 1982년 9월 미야자키 실험선에서 최초 유인 주행 실험에 성공했고, 1986년 12월 3량 편성으로 시속 352.4km를 달성했다. 1987년 2량 편성으로 무인 시속 405.3km, 유인 시속 400.8km 최고 속도를 달성했다.^[17][75]

1987년 3월 MLU002가 완성되어 국철 분할 민영화 이후 5월부터 주행 실험을 시작, MLU002에서 일반인 시승 체험도 실시했다. 1991년 10월 3일 화재 사고로 MLU002가 소실되었으나, 1993년 난연화 대책을 실시한 MLU002N이 도입되어 실험이 이루어졌다. 1994년 무인 시속 431km, 1995년 1월 26일 MLU002N 유인 시속 411km를 기록했다.^[76][77]

1990년 야마나시 실험선 공사가 시작되었고, 1996년 야마나시 실험 센터 개소, 1997년 2월 17일부터 MLX01 실험 주행이 시작되어 5월 30일 부상 주행을 시작했다. 같은 해 12월 12일 유인 주행 시속 531km, 12월 24일 무인 주행으로 설계 속도인 시속 550km를 기록, 당시 철도 세계 최고 기록이었다.^[78]

1999년 11월 고속 스쳐 지나가는 실험에서 상대 속도 시속 1,003km를 기록했고, 2003년 12월 2일 3량 편성 차량으로 시속 581km 세계 최고 기록(MLX01)을 세웠다. 2004년 11월 16일 고속 스쳐 지나가는 시험에서 상대 속도 시속 1,026km를 기록했다.

2005년 3월 11일 초전도 자기부상식 철도 실용 기술 평가 위원회는 “실용화 기반 기술이 확립되었다”고 평가했다. 같은 해 11월 22일 신개발 고온 초전도 전자석(비스무트계) 주행 실험이 시작되어 시속 501km 주행을 달성했다.

2006년 실험선 설비를 실용 레벨 사양으로 전면 개수하고 42.8km로 연장하기로 결정했고, 2007년 4월 20일 초전도 리니어 시승회 중지가 발표되었다.

2007년 1월 23일 국토교통대신이 야마나시 실험선 설비 갱신 및 연장을 승인했다.

2009년 3월 27일 JR 동해가 신형 리니어 시험 차량 디자인을 발표했다.

2015년 4월 16일 L0계가 시속 590km로 주행하여 철도 세계 최고 속도를 기록했고,^[79] 4월 21일 시속 603km로 주행하여 세계 최고 속도 기록을 갱신했다.^[80]

참조

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