Motor llineal

Diagrama de cos lliure d'un motor llineal sincrónico de canal en U. La vista és perpendicular a l'eix del canal. Els dos bobinados en el centre es troben conectats mecánicamente, i es energizan en "quadratura" (en una diferència de fase de 90° (π/2 radianés)). Si el bobinado inferior (tal com es mostra) es troba en la fase alvançada, llavors el motor es mourà cap a avall (en el diagrama), i viceversa.

Un motor llineal és un motor elèctric que posseïx el seu estator i el seu rotor "distribuïts" de forma tal que en lloc de produir un torque (rotació) produïx una força llineal en el sentit de la seua llongitut. El modo més comú de funcionament és com un actuador tipo Lorentz, en el qual la força aplicada és linealmente proporcional a la corrent elèctrica i al camp magnètic $(\overrightarrow{F}=q\cdot \overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B})$.

S'han desenrollat varis dissenys de motors llineals, els quals s'emmarquen en dos categories principals, motors llineals de baixa acceleració i d'alta acceleració. Els motors llineals de baixa acceleració són apropiats per al tren maglev i atres usos en el camp del transport de superfície. Els motors llineals d'alta acceleració per lo general són relativament curts i es dissenyen per a accelerar un objecte a molt alta velocitat, per eixemple vore el railgun.

Per lo general són utilisats per a realisar estudis de colisions en hipervelocidad, com armas, o com impulsors de massa de sistemes de propulsió de naus espacials. Els motors d'alta acceleració per lo general posseïxen dissenys tipo motor d'inducció llineal AC en un bobinado trifásico actiu d'un costat de l'entre ferro d'aire i una placa conductora passiva de l'atre costat. El motor llineal de corrent directa homopolar tipo railgun és un atre disseny d'un motor llineal d'alta acceleració. Els motors de baixa acceleració, alta velocitat i alta potència per lo general són del tipo motors llineals sincrónicos (LSM), en un bobinado actiu d'un costat de l'entre ferro d'aire i un conjunt d'imans en els seus pols alternats de l'atre costat. Estos imans poden ser imans permanents o electroimanes. El motor del Shanghai Transrapid és un LSM.

Tipos

Prototip d'un motor llineal en bobinados separats visibles.

Motor d'inducció

En este disseny, la força és produïda desplaçant un camp magnètic llineal que actua sobre conductors en el camp. En qualsevol conductor, siga un bobinado, espira o simplement un tros de metal, que es coloca en este camp es induiran corrents de Foucault creant un camp magnètic opost, segons determina la llei de Lenz. Els dos camps magnètics oposts es repeliran, creant el moviment en la mida que el camp magnètic agrana el metal.

Motor sincrónico

En este disseny, per lo general es controla la velocitat de desplaçament del camp magnètic per mig de dispositius electrònics, per a regular el moviment del rotor. Per raons de cost els motors sincrónicos llineals rarament utilisen commutadors, per lo que el rotor a sovint conté imans permanents, o ferro dolç. Eixemples d'este tipo de motors són els coilguns i els motors utilisats en els sistemes maglev.

Un motor llineal de tren, en us en la llínea Toei Oedo.

Homopolar

Artícul principal → Canó de riel.

En este disseny es passa una corrent elevada a través d'un sabot metàlic per contactes deslizantes que són alimentats des de dos rieles. El camp magnètic que esta acció produïx fa que el metal es proyecte per les vies.

Piezo elèctric

Artícul principal → Motor piezoelèctric.

Un sistema piezo elèctric a sovint és utilisat per a impulsar motors llineals menuts.

Història

Archiu:JFKAirTrain.agr.jpg

Els trens ART s'impulsen utilisant una cinta d'inducció d'alumini ubicada entre els rieles.

Motors en acceleració baixa

Els primers desenroll de motors llineals elèctrics es remonten a 1840, en els treballs de Charles Wheatstone en el King's College en Londres, pero el model de Wheatstone era molt ineficiente la qual cosa ho feya poc pràctic. Un motor d'inducció llineal possible és descrit en la palesa nortamericana US 782312 ( 1905 - inventor Alfred Zehden de Frankfurt-am-Main ), per a desplaçar trens o elevadors. L'ingenier alemà Hermann Kemper va construir un model funcional en 1935. A finals de la década de 1940 el professor Eric Laithwaite del Imperial College en Londres va desenrollar el primer model funcional a escala real. En una versió d'un sol costat les forces de repulsió magnètiques espenten a que el conductor s'allunte de l'estator, fent-ho levitar, i desplaçant-ho en la direcció del camp magnètic desplazable. Posteriorment estes versions varen ser denominades "riu magnètic".

Per estes característiques, els motors llineals han segut utilisats a sovint per a propulsió per mig de levitación magnètica (maglev) de ferrocarrils, com per eixemple en el tren d'levitación magnètica Linimo japonés prop de Nagoya. No obstant, els motors llineals han segut utilisats independentment de la levitación magnètica, com en els sistemes Advanced Rapid Transit de Bombardier i en varis subterràneus moderns japonesos inclosa la llínea Toei Oedo en Tòquio.

Una tecnologia similar encara que en algunes modificacions s'utilisa en algunes montanyes russes, pero en l'actualitat encara és poc utilisat en tramvies urbans, encara que això seria possible d'implementar si s'ubicara el motor llineal en un conducte amagat en un recalat en el paviment.

Ademés del transport públic, s'ha propost l'us de motors llineals verticals per a dispositius d'ascens en mines profundes, i l'us de motors llineals es troba en creiximent per a dispositius de control de moviment. A sovint són utilisats en portes corredizas, tals com les que posseïxen els tramvies de pis baix com el Citadis i l'Eurotram. També existixen motors llineals de doble eix. Estos dispositius especialisats han segut utilisats per a permetre un desplaçament directe X-I per a tall de tela i plaques de metal per mig de làsers de precisió, dibuix automatizado, i armat de cables. Els motors llineals més utilisats són el LIM (motor d'inducció llineal) i el LSM (motor sincrónico llineal). Els motors llineals DC no són utilisats ya que el seu cost és major i els SRM llineals posseïxen una potència baixa.

Detall d'una superfície de conductor pla passiu d'un motor llineal de control de moviment.

Motors en gran acceleració

S'ha propost l'us de motors llineals d'alta acceleració per a vàries aplicacions.

Li'ls ha evaluat per a utilisar-los en armas per a impulsar proyectils, ya que les municions perforadora de blindage actuals consistixen de menuts proyectils en una molt alta energia cinètica, per ad açò estos motors són adequats. Moltes montanyes russes de parcs de diversions utilisen en l'actualitat motors d'inducció llineals per a impulsar el tren a alta velocitat, com un sistema alternatiu a l'elevació del tren per mijos mecànics al començ del recorregut. La marina d'Estats Units també utilisa els motors llineals d'inducció en l'Electromagnetic Aircraft Launch System que reemplaçarà les tradicionals catapultes de vapor en els portaavions. També s'ha propost el seu us per a propulsió de naus espacials. En este context són denominats impulsors de massa. La forma més simple d'utilisar impulsors de massa per a propulsió de naus espacials és construir un gran impulsor de massa capaç d'accelerar càrrega fins a la velocitat d'escape, encara que també s'ha considerat el llançament d'un sistema d'envolament reusable (RLV) com el StarTram a òrbita terrestre baixa.

Els motors llineals d'alta acceleració són difícils de dissenyar per una varietat de raons. Estos motors requerixen lliberar grans cantitats d'energia durant periodos de temps molt breus. El disseny d'un llançador d'eixides requerix de 300 Giga Joules en cada llançament a l'espai en un periodo de temps menor a 1 segon. Els generadors elèctrics normals no poden fer front a este tipo de demanda, pero és possible utilisar métodos d'almagasenament d'energia elèctrica de lliberació ràpida. Els capacitorés són voluminosos i cars pero poden suministrar grans cantitats d'energia de manera ràpida. Els generadors homopolars poden ser utilisats per a convertir ràpidament l'energia cinètica d'un volant d'inèrcia en energia elèctrica. Els motors llineals d'alta acceleració també requerixen camps magnètics molt elevats; els camps magnètics són a sovint massa intensos com per a que siga possible utilisar superconductores. No obstant, per mig d'un disseny adequat, açò pot ser resolt.

Existixen dos dissenys bàsics per a motors llineals d'alta acceleració: railguns i coilguns.

Diagrama simplificat del canó Gauss o coilgun.

El funcionament del railgun es basa en el principi del motor homopolar: un parell de conductors paralels (els rieles) són alimentats per una corrent elèctrica. El proyectil es coloca fent contacte en abdós, per a tancar el circuit. La corrent que es produïx interactua en els forts camps magnètics generats pel pas de l'electricitat a través dels conductors i açò accelera el proyectil linealmente en la direcció dels rieles.

Vore també

• Motor d'inducció llineal
• Capacitor
• Alternador de polsos compensat
• Volant d'inèrcia
• Generador homopolar
• Actuador llineal
• Skytrain, Canadà - Sistema ràpit de transport
• StarTram - Concepte per a un motor llineal de gran tamany