Линейный двигатель

редактировать
Диаграмма свободного тела синхронного линейного двигателя с U-каналом. Вид перпендикулярен оси канала. Две катушки в центре механически соединены и запитаны в «квадратуре » (что означает разность фаз 90 ° (π / 2 радиан ) между магнитным потоком и магнитным потоком. поток катушек). Нижняя и верхняя катушки в этом конкретном случае имеют разность фаз 90 °, что делает его двухфазным двигателем. (Не в масштабе) Синхронные линейные двигатели представляют собой выпрямленные версии двигателей с ротором с постоянными магнитами

A линейный двигатель - это электродвигатель, у которого были свои статор и ротор «раскручен», таким образом, вместо создания крутящего момента (вращения ) он создает линейную силу по всей своей длине. Однако линейные двигатели не обязательно прямые. Как правило, активная часть линейного двигателя имеет концы, тогда как более традиционные двигатели расположены в виде непрерывного контура.

Типичный режим работы - это привод типа Лоренца, в котором приложенная сила линейно пропорциональна току и магнитное поле (F → = IL → × B →) {\ displaystyle ({\ vec {F}} = I {\ vec {L}} \ times {\ vec {B}})}({\ vec F} = I {\ vec L} \ times {\ vec B}) .

Линейные двигатели наиболее часто используются в высокоточных инженерных приложениях. Это процветающая область прикладных исследований, где проводятся специализированные научные конференции и учебники по инженерии.

Для линейных двигателей было предложено много проектов, которые можно разделить на две основные категории: линейные двигатели с низким и высоким ускорением. Линейные двигатели с низким ускорением подходят для поездов на магнитной подвеске и других приложений наземного транспорта. Линейные двигатели с высоким ускорением обычно довольно короткие и предназначены для ускорения объекта до очень высокой скорости, например, см. койлган.

Линейные двигатели с высоким ускорением обычно используются в исследованиях гиперскорости столкновения, как оружие или как массовые приводы для двигательной установки космического корабля. Обычно это линейные асинхронные двигатели переменного тока (LIM) с активной трехфазной обмоткой на одной стороне воздушного зазора и пассивной проводящей пластиной на другой стороне. Однако постоянный ток униполярный линейный двигатель рельсотрон представляет собой другую конструкцию линейного двигателя с высоким ускорением. Двигатели с низким ускорением, высокой скоростью и высокой мощностью обычно представляют собой линейный синхронный двигатель (LSM), с активной обмоткой на одной стороне воздушного зазора и набором магнитов с чередующимися полюсами на другая сторона. Эти магниты могут быть постоянными магнитами или электромагнитами. Двигатель Shanghai Transrapid - это LSM.

Содержание

  • 1 Типы
    • 1.1 Синхронный
    • 1.2 Индукционный
    • 1.3 Униполярный
    • 1.4 Пьезоэлектрический
  • 2 История
    • 2.1 Низкое ускорение
    • 2.2 Высокое ускорение
  • 3 Использование
    • 3.1 Движение поезда
      • 3.1.1 Обычные рельсы
        • 3.1.1.1 Bombardier Innovia Metro
        • 3.1.1.2 Японское линейное метро
      • 3.1.2 Монорельс
      • 3.1.3 Магнитная левитация
    • 3.2 Аттракционы
    • 3.3 Запуск самолета
    • 3.4 Предлагаемые и исследования
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Типы

Синхронные

В этой конструкции скорость движения магнитного поля контролируется, обычно электронным способом, для отслеживания движения ротора. По соображениям стоимости в синхронных линейных двигателях редко используются коммутаторы, поэтому ротор часто содержит постоянные магниты или мягкое железо. Примеры включают койлганы и двигатели, используемые в некоторых системах maglev, а также многие другие линейные двигатели.

Индукция

Типичный трехфазный линейный асинхронный двигатель. Алюминиевая пластина сверху часто образует вторичный «ротор».

В этой конструкции сила создается движущимся линейным магнитным полем, действующим на проводники в поле. Любой проводник, будь то петля, катушка или просто кусок металлической пластины, помещенный в это поле, будет иметь вихревые токи индуцированные в нем, создавая противоположное магнитное поле, в соответствии с законом Ленца. Два противоположных поля будут отталкивать друг друга, создавая движение, когда магнитное поле пронизывает металл.

Униполярный

Схема рельсотрона

В этой конструкции большой ток проходит через металлический башмак через скользящие контакты, которые питаются от двух рельсов. Возникающее при этом магнитное поле вызывает выброс металла вдоль рельсов.

Пьезоэлектрический

Пьезоэлектрический двигатель

Пьезоэлектрический привод часто используется для привода небольших линейных двигателей.

История

Этот поезд Линия 6 Гуанчжоу Метро, произведенный CRRC Sifang и Kawasaki Heavy Industries движется с помощью алюминиевой индукционной полосы, помещенной между рельсами.

Низкое ускорение

История линейных электродвигателей восходит к 1840-м годам, к работам Чарльза Уитстона в Королевском колледже Лондона, но модель Уитстона была слишком неэффективной, чтобы быть практичной. Возможный линейный асинхронный двигатель описан в U.S. Патент 782,312 (1905 - изобретатель Альфред Цеден из Франкфурта-на-Майне) на управление поездами или подъемниками. Немецкий инженер Герман Кемпер построил рабочую модель в 1935 году. В конце 1940-х годов доктор Эрик Лейтвейт из Манчестерского университета, впоследствии профессор тяжелой электротехники в Имперский колледж в Лондоне разработал первую полноразмерную рабочую модель. В одностороннем варианте магнитное отталкивание отталкивает проводник от статора, левитирует его и уносит в направлении движущегося магнитного поля. Он назвал ее более поздние версии магнитной рекой.

линейным двигателем для поездов, курсирующих линия Toei Ōedo

. Из-за этих свойств линейные двигатели часто используются в магнитных двигателях, как в японской линии Линимо поезд на магнитной подушке рядом с Нагоя. Однако линейные двигатели использовались независимо от магнитной левитации, как в системах Bombardier Advanced Rapid Transit по всему миру и в ряде современных японских метро, ​​в том числе Tokyo Toei Ōedo. Строка.

Подобная технология также используется в некоторых американских горках с модификациями, но в настоящее время все еще непрактична на уличных трамваях, хотя теоретически это можно сделать закапывая его в канализацию с прорезями.

Помимо общественного транспорта, вертикальные линейные двигатели были предложены в качестве подъемных механизмов в глубоких шахтах, и использование линейных двигателей в приложениях управления движением растет. Они также часто используются на раздвижных дверях, например, в низкопольных трамваях, таких как Alstom Citadis и Socimi Eurotram. Также существуют двухосные линейные двигатели. Эти специализированные устройства используются для обеспечения прямого движения по оси X-Y для точной лазерной резки ткани и листового металла, автоматизированного черчения и формирования кабеля. Большинство используемых линейных двигателей - это LIM (линейный асинхронный двигатель) или LSM (линейный синхронный двигатель). Линейные двигатели постоянного тока не используются из-за более высокой стоимости, а линейные SRM страдают от плохой тяги. Таким образом, для длительных пробегов на тяговых усилиях предпочтительнее использовать LIM, а для краткосрочных - LSM.

Крупный план плоской поверхности пассивного проводника устройства управления движением Двигатель Sawyer

Высокое ускорение

Линейные двигатели с высоким ускорением были предложены для ряда применений. Они были рассмотрены для использования в качестве оружия, поскольку нынешние бронебойные боеприпасы, как правило, состоят из небольших снарядов с очень высокой кинетической энергией, для которых как раз такие двигатели подходят. Многие аттракционы запускали американские горки теперь используют линейные асинхронные двигатели для движения поезда на высокой скорости в качестве альтернативы использованию подъемника. ВМС США также используют линейные асинхронные двигатели в электромагнитной системе запуска самолетов, которые заменят традиционные паровые катапульты на авианосцах будущего. Они также были предложены для использования в силовой установке космического корабля. В этом контексте их обычно называют массовыми драйверами. Самый простой способ использовать драйверы массы для приведения в движение космического корабля - это создать двигатель большой массы, который может разгонять груз до скорости убегания, хотя RLV помогает при запуске, как StarTram до низкой околоземной орбиты.

Линейные двигатели с высоким ускорением сложно спроектировать по ряду причин. Им требуется большое количество энергии за очень короткие промежутки времени. Один проект ракетной установки требует 300 ГДж на каждый запуск в космосе менее секунды. Обычные электрические генераторы не предназначены для такого рода нагрузки, но можно использовать методы кратковременного хранения электроэнергии. Конденсаторы громоздки и дороги, но могут быстро обеспечивать большое количество энергии. Униполярные генераторы могут использоваться для очень быстрого преобразования кинетической энергии маховика в электрическую энергию. Линейные двигатели с высоким ускорением также требуют очень сильных магнитных полей; фактически, магнитные поля часто слишком сильны, чтобы можно было использовать сверхпроводники. Однако при тщательном проектировании это не должно быть серьезной проблемой.

Для линейных двигателей с высоким ускорением были изобретены две различные базовые конструкции: рельсотрон и койлганы.

Использование

Линейные двигатели широко используются. Одно из основных применений линейных двигателей - это движение челнока на ткацких станках.

. Линейные двигатели использовались для раздвижных дверей и различных подобных приводов. Кроме того, они использовались для обработки багажа и даже для перевозки крупногабаритных сыпучих материалов.

Линейные двигатели иногда используются для создания вращательного движения, например, они использовались в обсерваториях для работы с большим радиусом кривизны.

Линейные двигатели также могут быть использованы в качестве альтернативы традиционным подъемным холмам с цепной передачей для американских горок. В каботажном судне Maverick в Сидар-Пойнт используется один такой линейный двигатель вместо цепного подъемника.

Линейный двигатель использовался для разгона автомобилей для краш-тестов.

Привод поезда

Обычные рельсы

Все следующие приложения находятся в скоростной транспорт и активная часть двигателя в автомобилях.

Bombardier Innovia Metro

Первоначально разработан в конце 1970-х годов компанией UTDC в Канаде как Система транзита промежуточной мощности (ICTS). В Миллхейвен, Онтарио был построен испытательный трек для обширных испытаний прототипов автомобилей, после чего были построены три линии:

ICTS был продан Bombardier Transportation в 1991 году и позже известный как Advanced Rapid Transit (ART), прежде чем принять свой текущий брендинг в 2011 году. С тех пор было выполнено еще несколько установок:

Во всех системах метро Innovia используется третья ж / д электрификация.

Японское линейное метро

Одной из самых больших проблем, с которыми столкнулись японские инженеры-железнодорожники в 1970–1980-х годах, было постоянно растущие расходы на строительство метро. В ответ Японская ассоциация метро начала изучение возможности создания «мини-метро» для удовлетворения спроса на городской транспорт в 1979 году. В 1981 году Японская ассоциация инженеров железнодорожного транспорта изучила возможность использования линейных асинхронных двигателей для такие малопрофильные метрополитены, и к 1984 году совместно с японским Министерством земли, инфраструктуры, транспорта и туризма исследовалось практическое применение линейных двигателей для городских железных дорог. В 1988 г. была проведена успешная демонстрация Limtrain в Сайтама, которая повлияла на окончательное внедрение линейного двигателя для Nagahori Tsurumi-ryokuchi Line в Осака и Линия Toei 12 (современная Линия Toei Oedo ) в Токио.

На сегодняшний день следующие линии метро в Японии используют линейные двигатели и используют воздушные линии для сбора электроэнергии. :

Кроме того, Kawasaki Heavy Industries имеет также экспортировал линейное метро в метро Гуанчжоу в Китае; все линии линейного метро в Гуанчжоу используют третью электрификацию:

Монорельс

  • Существует по крайней мере одна известная монорельсовая система, которая не магнитно-левитирует, но, тем не менее, использует линейные двигатели. Это Московский монорельс. Первоначально предполагалось использовать традиционные моторы и колеса. Однако во время тестовых запусков было обнаружено, что предложенные двигатели и колеса не смогут обеспечить адекватное сцепление с дорогой в некоторых условиях, например, когда на рельсах появился лед. Следовательно, колеса все еще используются, но поезда используют линейные двигатели для ускорения и замедления. Возможно, это единственное использование такой комбинации из-за отсутствия таких требований для других систем поездов.
  • TELMAGV - это прототип монорельсовой системы, которая также не левитируется магнитным полем. но использует линейные двигатели.

Магнитная левитация

Бирмингемский международный шаттл на маглеве
  • Скоростные поезда:
    • Transrapid : первое коммерческое использование в Шанхае (открыт в 2004 году)
    • SCMaglev, строится в Японии (самый быстрый поезд в мире, планируется открыть к 2027 году)
  • Скоростной транзит:
    • Аэропорт Бирмингема, Великобритания (открыт в 1984 году, закрыт в 1995 году)
    • M-Bahn в Берлине, Германия (открыта в 1989 г., закрыта в 1991 г.)
    • Daejeon EXPO, Корея (работала только 1993 г.)
    • HSST : Linimo Линия в префектуре Айти, Япония (открыта в 2005 г.)
    • Аэропорт Инчхон Маглев (открыт в июле 2014 г.)
    • Changsha Maglev Express (открыт в 2016 г.)
    • Линия S1 из Пекина Метро (открыт в 2017 г.)

Аттракционы

По всему миру много американских горок d, которые используют LIM для ускорения движущихся транспортных средств. Первый из них - Flight of Fear на Kings Island и Kings Dominion, оба открываются в 1996 году. Battlestar Galctica: Human VS Cylon Revenge of the Mummy в Universal Studios Singapore, открытый в 2010 году. Они оба используют LIM для ускорения с определенного момента заездов. Revenge of the Mummy также находится в Universal Studios Hollywood и Universal Studios Florida. The Incredible Hulk Coaster в Universal's Islands of Adventure также использует линейные двигатели.

Запуск самолета

Предложено и исследование

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, относящиеся к линейным двигателям.

.

Последняя правка сделана 2021-05-27 10:31:54
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте