Doğrusal motor - Linear motor

Bir U-kanallı senkron lineer motorun serbest cisim diyagramı . Görünüm, kanal eksenine diktir. Merkezdeki iki bobin mekanik olarak birbirine bağlıdır ve " dördün " ( mıknatısların akışı ile bobinlerin akışı arasında 90°'lik (π/2 radyan ) bir faz farkı anlamına gelir) enerjilendirilir . Bu özel durumda alt ve üst bobinler 90°'lik bir faz farkına sahiptir, bu da onu iki fazlı bir motor yapar. (Ölçekli değildir)
Senkron lineer motorlar, sabit mıknatıslı rotor motorlarının düzleştirilmiş versiyonlarıdır.

Bir lineer motor bir bir elektrik motoru olarak aldı stator ve rotor yerine üretme ve böylece "unrolled" tork ( dönme ) doğrusal bir üreten kuvvet uzunluğu boyunca. Ancak lineer motorlar mutlaka düz değildir. Karakteristik olarak, bir lineer motorun aktif bölümünün uçları vardır, oysa daha geleneksel motorlar sürekli bir döngü olarak düzenlenir.

İşlemin tipik bir modu olarak bir Lorentz uygulanan kuvvet olduğu tipi aktüatör, orantılı için mevcut ve manyetik alan .

Lineer motorlar, açık ara farkla en yaygın olarak yüksek doğruluklu mühendislik uygulamalarında bulunur. Özel bilimsel konferanslar ve mühendislik ders kitapları ile gelişen bir uygulamalı araştırma alanıdır.

Lineer motorlar için, düşük ivmeli ve yüksek ivmeli lineer motorlar olmak üzere iki ana kategoriye ayrılan birçok tasarım öne sürülmüştür. Düşük ivmeli lineer motorlar, maglev trenleri ve diğer yer tabanlı ulaşım uygulamaları için uygundur. Yüksek ivmeli lineer motorlar normalde oldukça kısadır ve bir nesneyi çok yüksek bir hıza hızlandırmak için tasarlanmıştır, örneğin bkz. bobin tabancası .

Yüksek ivmeli lineer motorlar, tipik olarak, silah olarak veya uzay aracı tahriki için kütle sürücüleri olarak, hiper hızlı çarpışma çalışmalarında kullanılır . Genellikle , hava aralığının bir tarafında aktif üç fazlı sargı ve diğer tarafında pasif bir iletken plaka bulunan AC lineer asenkron motor (LIM) tasarımındadırlar . Bununla birlikte, doğru akım homopolar lineer motor raylı tüfek , başka bir yüksek ivmeli lineer motor tasarımıdır. Düşük ivmeli, yüksek hızlı ve yüksek güçlü motorlar genellikle lineer senkron motor (LSM) tasarımındadır ve hava aralığının bir tarafında aktif bir sargı ve diğer tarafında bir dizi alternatif kutuplu mıknatıs bulunur. Bu mıknatıslar kalıcı mıknatıslar veya elektromıknatıslar olabilir . Örneğin, Şanghay maglev treninin motoru bir LSM'dir.

Türler

Fırçasız

Fırçasız lineer motorlar, Senkron motor ailesinin üyeleridir. Tipik olarak standart lineer aşamalarda kullanılırlar veya özel, yüksek performanslı konumlandırma sistemlerine entegre edilirler . 1980'lerin sonlarında Anorad Corporation'da (şimdi Rockwell Automation) Anwar Chitayat tarafından icat edildi ve endüstriyel üretim süreçlerinin verimini ve kalitesini iyileştirmeye yardımcı oldu.

Fırçalamak

Fırçasız lineer motorların icadından önce endüstriyel otomasyon uygulamalarında fırçalı (elektrikli) lineer motorlar kullanılıyordu. Günümüzde genellikle kullanılan üç fazlı Fırçasız motorlara kıyasla , fırçalı motorlar tek faz ile çalışır. Fırçalı lineer motorlar, hareketli kablolara ve trifaze servo sürücülere ihtiyaç duymadıkları için daha düşük maliyetlidir. Ancak fırçaları eskidiği için daha fazla bakım gerektirirler.

Senkron

Bu tasarımda, rotorun hareketini izlemek için manyetik alanın hareket hızı genellikle elektronik olarak kontrol edilir. Maliyet nedeniyle senkron lineer motorlar nadiren komütatör kullanırlar , bu nedenle rotor genellikle kalıcı mıknatıslar veya yumuşak demir içerir . Örnekler, bobin tabancaları ve bazı maglev sistemlerinde kullanılan motorların yanı sıra diğer birçok lineer motoru içerir. Yüksek hassasiyetli endüstriyel otomasyonda lineer motorlar tipik olarak bir mıknatıs statoru ve hareketli bir bobin ile yapılandırılır. Statorun manyetik akısını izlemek için rotora Hall etkisi sensörü takılıdır . Elektrik akımı tipik olarak sabit bir servo sürücüden hareketli bobine bir kablo taşıyıcısı içindeki hareketli bir kablo ile sağlanır .

indüksiyon

Tipik bir 3 fazlı lineer endüksiyon motoru. Üstte bir alüminyum levha genellikle ikincil "rotoru" oluşturur.

Bu tasarımda kuvvet, alandaki iletkenler üzerinde hareket eden doğrusal bir manyetik alan tarafından üretilir . Bu alana yerleştirilen herhangi bir iletken, bir döngü, bir bobin veya basitçe bir levha metal parçası olsun, içinde indüklenen girdap akımlarına sahip olacak ve böylece Lenz yasasına göre karşıt bir manyetik alan yaratacaktır . İki zıt alan birbirini itecek, böylece manyetik alan metali süpürürken hareket yaratacaktır.

homopolar

Raylı tüfek şeması

Bu tasarımda, iki raydan beslenen kayar kontaklar boyunca metal bir sabodan büyük bir akım geçirilir. Bunun oluşturduğu manyetik alan, metalin raylar boyunca çıkıntı yapmasına neden olur.

Piezo elektrik

Piezoelektrik motor eylemi

Piezoelektrik sürücü genellikle küçük lineer motorları sürmek için kullanılır.

Tarih

CRRC Sifang ve Kawasaki Heavy Industries tarafından üretilen bu Hat 6 Guangzhou Metro treni , raylar arasına yerleştirilmiş bir alüminyum indüksiyon şeridi kullanarak kendisini hareket ettiriyor .

Düşük hızlanma

Lineer elektrik motorları tarihçesi çalışmalarına kadar 1840'larda olduğu kadar en azından arka, takip edilebilir Charles Wheatstone at King College London , ama Wheatstona modeli pratik olamayacak kadar verimsiz oldu. Uygulanabilir bir lineer endüksiyon motoru, trenleri veya asansörleri sürmek için ABD Patenti 782,312'de (1905 - Frankfurt-am-Main'den mucit Alfred Zehden) tarif edilmiştir . Alman mühendis Hermann Kemper 1940'ların sonlarında 1935 yılında çalışma modeli inşa Dr. Eric Laithwaite ait Manchester Üniversitesi , at Ağır Elektrik Mühendisliği sonradan Profesör Imperial College de Londra'da ilk tam boyutlu çalışma modeli geliştirdi. Tek taraflı bir versiyonda, manyetik itme, iletkeni statordan uzaklaştırır, onu havaya kaldırır ve onu hareketli manyetik alan yönünde taşır. Bunun sonraki versiyonlarını manyetik nehir olarak adlandırdı .

Toei Ōedo Hattını çalıştıran trenler için bir lineer motor

Bu özelliklerden dolayı, lineer motorlar, Nagoya yakınlarındaki Japon Linimo manyetik kaldırma tren hattında olduğu gibi, maglev tahrikinde sıklıkla kullanılır . Ancak, lineer motorlar olduğu gibi bağımsız manyetik havalanma kullanılmıştır Bombardier Gelişmiş Hızlı Transit dünya çapında sistemleri de dahil olmak üzere modern Japon metro, bir dizi Tokyo 'ın Toei Oedo Hattı .

Benzer teknoloji, bazı hız trenlerinde modifikasyonlarla birlikte kullanılmaktadır, ancak şu anda, sokakta çalışan tramvaylarda hala pratik değildir , ancak bu, teorik olarak, oluklu bir kanala gömerek yapılabilir.

Toplu taşıma dışında, derin madenlerde kaldırma mekanizmaları olarak dikey lineer motorlar önerilmiştir ve hareket kontrol uygulamalarında lineer motorların kullanımı artmaktadır . Ayrıca Alstom Citadis ve Socimi Eurotram gibi alçak tabanlı tramvayların sürgülü kapılarında da sıklıkla kullanılırlar . Çift eksenli lineer motorlar da mevcuttur. Bu özel cihazlar , kumaş ve sac metalin hassas lazer kesimi, otomatik çekim ve kablo şekillendirme için doğrudan X - Y hareketi sağlamak için kullanılmıştır . Kullanılan lineer motorların çoğu LIM (lineer endüksiyon motoru) veya LSM'dir (lineer senkron motor). Doğrusal DC motorlar, daha yüksek maliyet nedeniyle kullanılmaz ve doğrusal SRM, zayıf itme gücünden muzdariptir. Bu nedenle, çekişte uzun vadede daha çok LIM tercih edilir ve kısa vadede LSM daha çok tercih edilir.

Hareket kontrolü Sawyer motorunun düz pasif iletken yüzeyinin yakından görünümü

Yüksek hızlanma

Bir dizi kullanım için yüksek ivmeli lineer motorlar önerilmiştir. Mevcut zırh delici mühimmat , sadece bu tür motorların uygun olduğu çok yüksek kinetik enerjiye sahip küçük mermilerden oluşma eğiliminde olduğundan, silah olarak kullanımları düşünülmüştür . Pek çok eğlence parkında başlatılan hız trenleri, treni yüksek hızda hareket ettirmek için asansör tepesi kullanmaya alternatif olarak artık lineer endüksiyon motorları kullanıyor . Amerika Birleşik Devletleri Deniz Kuvvetleri, Elektromanyetik Uçak Fırlatma Sisteminde , gelecekteki uçak gemilerinde geleneksel buharlı mancınıkların yerini alacak lineer asenkron motorları da kullanıyor . Ayrıca uzay aracı tahrikinde kullanım için önerilmiştir . Bu bağlamda genellikle toplu sürücüler olarak adlandırılırlar . Uzay aracı sevk kargoyu kadar hızlandırabilir büyük kitle sürücüsünü kurmanın ne için basit yolu kitle sürücüleri kullanmak için hız kaçmak olsa rlv fırlatma gibi yardımcı StarTram için düşük dünya yörüngesinde da incelendi.

Yüksek ivmeli lineer motorların tasarımı birçok nedenden dolayı zordur. Çok kısa sürelerde çok miktarda enerjiye ihtiyaç duyarlar . Bir roketatar tasarımı, bir saniyeden daha kısa bir sürede her fırlatma için 300 GJ gerektirir. Normal elektrik jeneratörleri bu tür yükler için tasarlanmamıştır ancak kısa süreli elektrik enerjisi depolama yöntemleri kullanılabilir. Kondansatörler hantal ve pahalıdır, ancak büyük miktarda enerjiyi hızlı bir şekilde sağlayabilir. Homopolar jeneratörler , bir volanın kinetik enerjisini çok hızlı bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılabilir . Yüksek ivmeli lineer motorlar ayrıca çok güçlü manyetik alanlar gerektirir; aslında, manyetik alanlar genellikle süperiletkenlerin kullanımına izin vermeyecek kadar güçlüdür . Ancak dikkatli bir tasarımla bunun büyük bir sorun olması gerekmez.

Yüksek ivmeli lineer motorlar için iki farklı temel tasarım icat edilmiştir: ray tabancaları ve bobin tabancaları .

kullanım

Lineer motorlar, yüksek performanslı endüstriyel otomasyon ekipmanını çalıştırmak için yaygın olarak kullanılır. Vidalı mil , triger kayışı veya kremayer ve pinyon gibi yaygın olarak kullanılan diğer aktüatörlerin aksine avantajları, yüksek hassasiyet, yüksek hız, yüksek kuvvet ve uzun hareketin herhangi bir kombinasyonunu sağlamalarıdır.

Lineer motorlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Lineer motorların en önemli kullanımlarından biri, mekiği tezgahlarda ilerletmektir .

Kayar kapılar ve benzeri çeşitli aktüatörler için lineer motorlar kullanılmıştır. Ayrıca bagaj teslimi ve hatta büyük ölçekli dökme malzeme taşımacılığı için kullanılmıştır.

Lineer motorlar bazen dönme hareketi oluşturmak için kullanılır, örneğin, büyük eğrilik yarıçapıyla başa çıkmak için gözlemevlerinde kullanılmıştır.

Lineer motorlar, hız trenleri için geleneksel zincirli asansör tepelerine alternatif olarak da kullanılabilir. Cedar Point'teki coaster Maverick , zincir kaldırma yerine böyle bir lineer motor kullanıyor.

Çarpışma testleri için arabaları hızlandırmak için lineer bir motor kullanılmıştır .

Endüstriyel Otomasyon

Yüksek hassasiyet, yüksek hız, yüksek kuvvet ve uzun hareket kombinasyonu, fırçasız lineer motorları endüstriyel otomasyon ekipmanlarını sürmek için çekici hale getirir. Yarı iletken stepperler , elektronik yüzey montaj teknolojisi , otomotiv kartezyen koordinat robotları , havacılık kimyasal frezeleme , optik elektron mikroskobu , sağlık laboratuvarı otomasyonu , yiyecek ve içecek alma ve yerleştirme gibi endüstrilere ve uygulamalara hizmet ederler .

Makine aletleri

Takım tezgahlarında kullanılan senkron lineer motor aktüatörleri , yüksek kuvvet, yüksek hız, yüksek hassasiyet ve yüksek dinamik sertlik sağlayarak yüksek hareket düzgünlüğü ve düşük oturma süresi sağlar. Kısa çevrim sürelerinde ve pürüzsüz bir yüzey finişinde 2 m/s hızlara ve mikron düzeyinde doğruluklara ulaşabilirler.

Tren tahriki

Geleneksel raylar

Aşağıdaki uygulamaların tümü hızlı geçiş halindedir ve otomobillerde motorun aktif kısmına sahiptir.

Bombardier Innovia Metrosu

İlk olarak 1970'lerin sonlarında Kanada'da UTDC tarafından Orta Kapasiteli Transit Sistemi (ICTS) olarak geliştirilmiştir. Prototip arabaların kapsamlı testleri için Millhaven, Ontario'da bir test pisti inşa edildi ve ardından üç hat inşa edildi:

ICTS, 1991'de Bombardier Transportation'a satıldı ve daha sonra, 2011'de mevcut markasını benimsemeden önce Advanced Rapid Transit (ART) olarak biliniyordu . O zamandan beri, birkaç kurulum daha yapıldı:

Tüm Innovia Metro sistemleri üçüncü ray elektrifikasyonunu kullanır.

Japon Lineer Metrosu

1970'lerden 1980'lere kadar Japon demiryolu mühendislerinin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri, metroların sürekli artan inşaat maliyetleriydi. Buna karşılık, Japonya Metro Birliği 1979'da kentsel trafik talebini karşılamak için "mini-metro"nun fizibilitesi üzerinde çalışmaya başladı. 1981'de Japonya Demiryolu Mühendisliği Derneği, bu tür küçük profilli metrolar için lineer asenkron motorların kullanımı üzerinde çalıştı ve 1984 yılına kadar Japon Kara, Altyapı, Ulaştırma ve Turizm Bakanlığı ile şehir içi raylı sistem için lineer motorların pratik uygulamalarını araştırıyordu . 1988 yılında başarılı bir gösteri de Limtrain ile yapıldı Saitama ve doğrusal motorun sonunda kabul etkilemiş Nagahori Tsurumi-Ryokuchi Hattı içinde Osaka ve Toei Hattı 12 (bugünkü Toei Oedo Hattı olarak) Tokyo .

Bugüne kadar, Japonya'daki aşağıdaki metro hatları lineer motorlar kullanıyor ve güç toplama için havai hatlar kullanıyor :

Ayrıca Kawasaki Heavy Industries , Linear Metro'yu Çin'deki Guangzhou Metrosu'na da ihraç etti ; Guangzhou'daki tüm Lineer Metro hatları üçüncü demiryolu elektrifikasyonunu kullanıyor:

monoray

  • Orada en az bir bilinen monoray sistemi değil manyetik olarak kaldırılan, ancak yine de lineer motor kullanır. Bu Moskova Monoray . Başlangıçta, geleneksel motorlar ve tekerlekler kullanılacaktı. Bununla birlikte, test çalışmaları sırasında, önerilen motorların ve tekerleklerin, örneğin ray üzerinde buz göründüğünde, bazı koşullar altında yeterli çekiş sağlayamayacağı keşfedildi. Bu nedenle, tekerlekler hala kullanılıyor, ancak trenler hızlanmak ve yavaşlamak için doğrusal motorlar kullanıyor. Bu, diğer tren sistemleri için bu tür gereksinimlerin olmaması nedeniyle, muhtemelen böyle bir kombinasyonun tek kullanımıdır.
  • TELMAGV da manyetik motorlar lineer levitated fakat kullanımları olmayan bir monoray sisteminin bir prototipidir.

manyetik kaldırma

Birmingham Uluslararası Maglev mekiği
  • Yüksek Hızlı trenler:
    • Transrapid : Şanghay'da ilk ticari kullanım (2004'te açıldı)
    • SCMaglev , Japonya'da yapım aşamasında (dünyanın en hızlı treni, 2027 yılına kadar açılması planlanıyor)
  • Hızlı geçiş:

Eğlence sürmek

Dünyanın her yerinde, sürüş araçlarını hızlandırmak için LIM'leri kullanan birçok hız treni var. İlk varlık Korku Uçuş de Kings Island ve Kings Dominion , 1996. hem açılış Battlestar Galctica: İnsan VS Cylon'dan & Mummy İntikamı de Universal Studios Singapore sürmek belli bir noktadan hızlandırmak için 2010 Her ikisi de kullanım LIM açıldı. Mumya'nın İntikamı ayrıca Universal Studios Hollywood ve Universal Studios Florida'da bulunmaktadır . Hulk Coaster ve VelociCoaster en Adventure Universal Adaları da doğrusal motorları kullanıyor. Aerosmith'in başrolde olduğu Rock 'n' Roller Coaster 1999'da , araçları kapalı, siyah ışıklı sürüş muhafazasına sokmak için bir LSM kullanan Disney Hollywood Stüdyolarında açıldı .

Uçak fırlatma

Önerilen ve araştırma

  • Fırlatma döngüsü - Lineer motorla çalışan bir döngü kullanarak araçları uzaya fırlatmak için önerilen bir sistem
  • StarTram – Aşırı ölçekte lineer motor konsepti
  • Tether kablo mancınık sistemi
  • Aérotrain S44 - Bir banliyö banliyö uçan tren prototipi
  • Araştırma Test Aracı 31 – Bir pist tarafından yönlendirilen hovercraft tipi bir araç
  • Hyperloop - girişimci Elon Musk tarafından ortaya konan kavramsal bir yüksek hızlı ulaşım sistemi
  • Asansör "ThyssenKrupp Elevator: ThyssenKrupp, inşaat endüstrisinin küresel kentleşmenin zorluklarıyla yüzleşmesini sağlamak için dünyanın ilk halatsız asansör sistemini geliştiriyor:" . Arşivlenmiş orijinal 2016-03-03 tarihinde . 2015-06-02 alındı .
  • Asansör "Teknoloji: Lineer Senkron Motorlu Asansörler Gerçeğe Dönüşüyor" . Arşivlenmiş orijinal 2015-03-30 tarihinde . 2015-06-02 alındı .
  • Magway - araştırma ve geliştirme aşamasında olan ve yer altında ve üstünde 90 cm çaplı borular aracılığıyla malları bölmeler halinde teslim etmeyi amaçlayan bir Birleşik Krallık yük dağıtım sistemi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar