리니어 모터

선형 모터는 고정자와 로터가 "풀린" 전기 모터이므로 토크(회전)를 생성하는 대신 길이를 따라 선형 힘을 생성합니다.그러나 선형 모터가 반드시 직선인 것은 아닙니다.특징적으로 리니어 모터의 액티브 섹션은 단부가 있는 반면, 기존의 모터는 연속 루프로 배열되어 있다.

일반적인 작동 모드는 로런츠형 액추에이터로서, 인가되는 힘은 전류 및${\displaystyle }$자기장에 선형 $비례합니다($ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle I\stackrel{}{}}$ ${\displaystyle L\stackrel{}{}\stackrel{}{\to }}$ × B$→$ )({\$vec {F}$=$I{\vec {L}}}\times$ {\$vec {B$

선형 모터는 고정밀 엔지니어링^[1] 분야에서 가장 일반적으로 사용됩니다.과학 학술대회와^[2] 공학 교과서가 ^[3]있는 응용 연구 분야로 번창하고 있습니다.

리니어 모터에는 저가속과 고속 리니어 모터의 두 가지 주요 범주로 분류되는 많은 설계가 제시되어 왔습니다.저가속 선형 모터는 자기부상열차 및 기타 지상 운송 애플리케이션에 적합합니다.고속 리니어 모터는 일반적으로 상당히 짧으며, 예를 들어 코일건과 같이 물체를 매우 빠른 속도로 가속하도록 설계되어 있습니다.

고속 선형 모터는 일반적으로 고속 충돌 연구, 무기 또는 우주선 추진의 질량 ^{[citation needed]}동인으로 사용됩니다.일반적으로 AC 리니어 인덕션 모터(LIM) 설계로 에어갭 한쪽에는 액티브한 3상 권선이, 다른 한쪽에는 패시브 도체 플레이트가 있습니다.그러나 직류 동극성 선형 모터 레일건은 또 다른 고속 선형 모터 설계입니다.저가속, 고속 및 고출력 모터는 보통 LSM(Linear Synchronous Motor) 설계로 되어 있으며, 에어갭 한쪽에는 활성 권선이, 다른 한쪽에는 교류 극자석이 배열되어 있습니다.이 자석은 영구 자석 또는 전자석일 수 있습니다.예를 들어 상하이 자기부상열차의 모터는 LSM입니다.

종류들

브러시리스

브러시 없는 선형 모터는 동기 모터 제품군의 구성원입니다.일반적으로 표준 선형 단계에서 사용하거나 맞춤형 고성능 포지셔닝 시스템에 통합됩니다.1980년대 후반 Anorad Corporation(현재의 Rockwell Automation)의 Anwar Chitayat에 의해 발명되어 산업 제조 공정의 ^[4]처리량과 품질 향상에 기여했습니다.

솔질하다

브러시(전기) 선형 모터는 Brushless 선형 모터가 발명되기 전에 산업 자동화 분야에서 사용되었습니다.오늘날 일반적으로 사용되는 3상 Brushless 모터와 비교하여 브러시 모터는 ^[5]단상으로 작동합니다.브러시 리니어 모터는 이동 케이블과 3상 서보 드라이브가 필요 없기 때문에 비용이 저렴합니다.하지만 브러시가 닳아서 유지보수가 더 필요합니다.

동기

이 설계에서는 일반적으로 전자적으로 자기장의 이동 속도를 제어하여 로터의 움직임을 추적합니다.비용상의 이유로 동기식 선형 모터는 정류자를 거의 사용하지 않으므로 로터에 영구 자석 또는 연철을 포함하는 경우가 많습니다.예를 들어 코일건과 일부 자기부상 시스템에서 사용되는 모터 및 다른 많은 선형 모터 등이 있습니다.고정밀 산업 자동화에서 선형 모터는 일반적으로 자석 고정자와 이동 코일로 구성됩니다.홀 효과 센서는 스테이터의 자속을 추적하기 위해 로터에 부착됩니다.전류는 일반적으로 케이블 캐리어 내부의 이동 케이블에 의해 정지된 서보 드라이브에서 이동 코일로 공급됩니다.

인덕션

이 설계에서 힘은 필드 내 도체에 작용하는 이동 선형 자기장에 의해 생성됩니다.이 필드에 배치된 도체는 루프, 코일 또는 단순한 판금 조각에 관계없이 와전류가 유도되어 렌즈의 [6]법칙에 따라 반대 자기장을 생성합니다.두 개의 반대되는 자기장은 서로 밀어내고, 따라서 자기장이 금속을 휩쓸면서 운동을 일으킵니다.

동극성

이 설계에서는 2개의 레일에서 공급되는 슬라이딩 접점에 걸쳐 금속 사보트를 통해 대량의 전류가 흐릅니다.이로 인해 발생하는 자기장으로 인해 금속이 레일을 따라 투영됩니다.

관상

공압 실린더 교체에 적용할 수 있는 효율적이고 콤팩트한 설계.

피에조 전기

압전 드라이브는 소형 선형 모터를 구동하는 데 자주 사용됩니다.

역사

저가속

선형 전기 모터의 역사는 적어도 ^[7]1840년대까지 거슬러 올라가 킹스 칼리지 런던의 찰스 휘트스톤의 연구로 거슬러 올라갈 수 있지만 휘트스톤의 모델은 실용적이기에는 너무 비효율적이었다.실현 가능한 선형 유도 모터는 열차 또는 리프트를 운전하기 위해 미국 특허 782,312(1905년 - 프랑크푸르트암마인의 발명가 알프레드 제덴)에 설명되어 있습니다.독일 엔지니어 헤르만 켐퍼는 ^[8]1935년에 작업용 모형을 만들었다.1940년대 후반, 후에 런던 임페리얼 칼리지의 중전기공학 교수인 맨체스터 대학의 에릭 레이트웨이트 박사는 최초의 실물 크기의 작업 모델을 개발했습니다.단면 버전에서는 자기 반발에 의해 도체가 스테이터에서 멀어지게 되고 도체가 떠다니며 이동 자기장 방향으로 운반됩니다.그는 그것의 최신 버전을 자석강이라고 불렀다.

이러한 특성 때문에 나고야 부근의 일본 리니모 자기부상열차 노선과 같이 자기부상열차 추진에 리니어 모터가 자주 사용됩니다.그러나 전 세계 봄바디어 이노비아 메트로 시스템과 도쿄의 도에이 오에도 선을 포함한 많은 현대 일본 지하철에서와 같이 리니어 모터는 자기 부상과는 독립적으로 사용되어 왔다.

비슷한 기술이 일부 롤러코스터에도 사용되지만, 현재 도로 주행 트램에서는 여전히 실용적이지 않지만, 이론적으로는 구멍 뚫린 도관에 파묻어서도 가능합니다.

대중 교통 이외에도, 수직 리니어 모터는 깊은 광산에서의 리프팅 메커니즘으로 제안되어 왔으며, 모션 제어 응용 분야에서 리니어 모터의 사용이 증가하고 있습니다.또한 알스톰 시타디스나 소시미 유로트램과 같은 저상 노면 전차의 미닫이문에도 자주 사용됩니다.이중 축 선형 모터도 있습니다.이러한 특수 장치는 천 및 판금 정밀 레이저 절단, 자동 제도 및 케이블 성형에 직접 X-Y 모션을 제공하기 위해 사용되었습니다.사용 중인 대부분의 선형 모터는 LIM(선형 유도 모터) 또는 LSM(선형 동기 모터)입니다.선형 DC 모터는 비용이 비싸기 때문에 사용되지 않으며 선형 SRM은 추력 저하로 고생합니다.따라서 장기적으로는 트랙션 LIM이, 단기적으로는 LSM이 대부분 선호됩니다.

고속화

고속 선형 모터는 여러 가지 용도로 제안되어 왔다.현재의 갑옷 천공 탄약은 운동 에너지가 매우 높은 작은 탄환으로 구성되는 경향이 있기 때문에 그러한 모터가 적합하기 때문에 무기로 사용할 수 있다고 여겨져 왔다.많은 놀이공원 론칭 롤러코스터는 현재 리프트 힐을 사용하는 대신 리니어 인덕션 모터를 사용하여 고속으로 열차를 추진합니다.미 해군은 또한 차세대 항공모함의 전통적인 증기 캐터펄트를 대체할 전자파 항공기 발사 시스템에 선형 유도 모터를 사용하고 있다.그것들은 또한 우주선 추진에도 사용될 수 있도록 제안되었다.이런 맥락에서 그들은 보통 매스 드라이버라고 불린다.우주선 추진에 매스 드라이버를 사용하는 가장 간단한 방법은 화물을 탈출 속도까지 가속할 수 있는 대형 매스 드라이버를 만드는 것이지만, 스타트램과 같은 지구 저궤도에 대한 RLV 발사 보조 장치도 조사되었다.

고속 선형 모터의 설계는 여러 가지 이유로 어렵습니다.그것들은 매우 짧은 시간 안에 많은 양의 에너지를 필요로 한다.하나의 로켓 발사기^[9] 설계는 1초 미만의 공간에서 매 발사에 300 GJ를 필요로 한다.일반 발전기는 이러한 종류의 부하에 맞게 설계되지 않았지만, 단기 전기 에너지 저장 방법을 사용할 수 있습니다.캐패시터는 부피가 크고 비싸지만 대량의 에너지를 빠르게 공급할 수 있습니다.동극 발전기는 플라이휠의 운동 에너지를 매우 빠르게 전기에너지로 변환하는데 사용될 수 있다.고속 선형 모터 또한 매우 강한 자기장을 필요로 합니다; 사실, 자기장은 초전도체를 사용하기에는 종종 너무 강합니다.그러나 신중한 디자인이므로 큰 문제가 ^[10]될 필요는 없습니다.

고속 리니어 모터에는 레일건과 코일건이라는 두 가지 기본 설계가 개발되었습니다.

사용.

선형 모터는 일반적으로 고성능 산업 자동화 장비를 작동시키는 데 사용됩니다.볼 나사, 타이밍 벨트 또는 랙 앤 피니언과 같이 일반적으로 사용되는 다른 액추에이터와는 달리, 이 액추에이터는 고정밀, 고속, 고속, 고속 및 장거리 이동의 모든 조합을 제공한다는 장점이 있습니다.

선형 모터가 널리 사용됩니다.리니어 모터의 주요 용도 중 하나는 셔틀을 직선으로 추진시키는 것입니다.

선형 모터는 슬라이딩 도어 및 다양한 유사한 액추에이터에 사용되어 왔습니다.또한, 그것들은 수하물 취급이나 대규모 벌크 자재 수송에도 사용되어 왔다.

선형 모터는 회전 운동을 만드는 데 사용되기도 합니다. 예를 들어, 큰 곡률 반경을 처리하기 위해 관측소에서 사용되었습니다.

롤러 코스터를 위한 기존의 체인 구동 리프트 힐의 대안으로 선형 모터를 사용할 수도 있다.Cedar Point의 코스터 Maverick은 체인 리프트 대신 이러한 선형 모터를 사용합니다.

리니어 모터는 충돌 ^[11]테스트를 위해 자동차를 가속하는 데 사용되어 왔다.

산업 자동화

높은 정밀도, 고속도, 높은 힘 및 장거리 주행의 조합으로 브러시리스 선형 모터가 산업 자동화 장비 구동에 매력적입니다.반도체 스테퍼, 전자 표면 실장 기술, 자동차 데카르트 좌표 로봇, 항공우주 화학 밀링, 광학 전자 현미경, 의료 실험실 자동화, 식음료 픽 및 장소와 같은 산업 및 애플리케이션을 제공합니다.

공작 기계

공작기계에 사용되는 동기식 리니어 모터 액추에이터는 높은 힘, 빠른 속도, 높은 정밀도 및 높은 동적 강성을 제공하므로 움직임의 부드러움이 높고 안착 시간이 짧습니다.단주기 및 매끄러운 표면 ^[12]마무리로 2m/s의 속도와 미크론 수준의 정확도에 도달할 수 있다.

열차 추진

재래식 레일

다음 응용 프로그램은 모두 고속 운송 중이며 모터의 활성 부분이 ^[13][14]차량에 포함되어 있습니다.

봄바디어 이노비아 메트로

1970년대 후반에 캐나다의 UTDC에 의해 ICS(Intermediate Capacity Transit System)로 개발되었습니다.온타리오주 밀헤븐에서 시제품 자동차의 광범위한 테스트를 위해 테스트 트랙이 건설되었으며, 그 후 세 개의 라인이 건설되었습니다.

• 토론토 3호선 스카버러(1985년 ^[15]개통)
• 밴쿠버 스카이 트레인 엑스포 라인(1985년 개통, 1994년 연장)
• 디트로이트의 디트로이트 피플 무버(1987년 개업)

ICTS는 1991년에 봄바디어 트랜스포테이션에 매각되어 2011년에 현재의 브랜드를 채택하기 전에, 후에 Advanced Rapid Transport(ART)로 알려졌습니다.그 후, 몇개의 인스톨이 행해지고 있습니다.

• 쿠알라룸푸르 Kelana Jaya 라인(1998년 개통, 2016년 연장)
• 밴쿠버 스카이 트레인 밀레니엄 라인(2002년 개통, 2016년 연장)
• AirTrain JFK 뉴욕 (2003년 개장)
• 에어포트 익스프레스 (베이징 지하철) (2008년 개통)
• 대한민국 용인 에버라인 (2013년 개통)

모든 Innovia Metro 시스템은 제3의 레일 전철화를 사용합니다.

일본 리니어 메트로

1970년대와 1980년대에 일본 철도 기술자들이 직면했던 가장 큰 어려움 중 하나는 지하철 건설 비용의 증가였다.이에 대해 일본지하철협회는 1979년부터 도시교통수요에 대응하기 위한 미니메트로의 실현 가능성에 대한 연구를 시작했다.1981년, 일본 철도 기술 협회는 이러한 소형 지하철의 리니어 인덕션 모터 사용에 대해 연구하였고, 1984년까지 일본 국토교통성과 함께 도시 철도용 리니어 모터의 실용화에 대해 조사하였다.1988년, 사이타마에서 림트레인의 데먼스트레이션이 성공해, 오사카의 나가호리 쓰루미료쿠치 선과 도쿄의 ^[16]도에이 12호선(현재의 도에이 오에도 선)의 리니어 모터의 도입에 영향을 주었다.

현재까지 일본의 다음 지하철 노선은 전력 수집에 리니어 모터와 가공선을 사용하고 있습니다.

• 오사카에 있는 오사카 메트로 노선 2개:
  • 나가호리 쓰루미료쿠치 선(1990년 개통)
  • 이마자토수지선(2006년 개통)
• 도쿄도 도에이오에도 선(2000년 개통)
• 고베 시영 지하철 가이간 선(2001년 개통)
• 후쿠오카 시영 지하철 나나쿠마 선(2005년 개통)
• 요코하마 시영 지하철 그린 라인 (2008년 개통)
• 센다이 지하철 도자이 선 (2015년 개통)

또한, 가와사키 중공업은 ^[17]중국의 광저우 메트로에 리니어 메트로를 수출했습니다. 광저우의 모든 리니어 메트로 노선은 제3의 레일 전철화를 사용합니다.

• 4호선(2005년 개통)
• 5행(2009년 개통).
• 6호선(2013년 개통)

모노레일

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• 자기 부상하지 않지만 선형 모터를 사용하는 모노레일 시스템이 하나 이상 알려져 있습니다.이것은 모스크바 모노레일입니다.원래, 전통적인 모터와 바퀴가 사용되었습니다.그러나, 테스트 주행 중에 제안된 모터와 차륜이 일부 조건(예: 레일에 얼음이 나타나는 경우)에서 적절한 트랙션을 제공하지 못하는 것으로 확인되었습니다.따라서, 바퀴는 여전히 사용되고 있지만, 열차는 가속과 감속을 위해 선형 모터를 사용합니다.다른 열차 시스템에 대한 그러한 요구 조건이 없기 때문에, 이것은 아마도 그러한 조합을 사용하는 유일한 방법일 것입니다.
• TELMAGV는 자기 부상하지 않지만 선형 모터를 사용하는 모노레일 시스템의 원형입니다.

자기 부상

• 고속열차:
  • 트랜스래피드: 상하이에서 첫 상용화(2004년 오픈)
  • 일본에서 건설 중인 SCMaglev(2027년까지 세계에서 가장 빠른 열차)
• 고속 수송:
  • 영국 버밍엄 공항(1984년 개항, 1995년 폐항)
  • 독일 베를린의 M반(1989년 개업, 1991년 폐업)
  • 대전엑스포, 대한민국(^[18]1993년만)
  • 일본 아이치현 리니모선(2005년 개통)
  • 인천공항 자기부상(2014년 7월 개항)
  • 창사 마그레브 익스프레스 (2016년 개통)
  • 베이징 지하철 S1호선(2017년 개통)

놀이 기구

세계에는 라이드 차량을 가속시키기 위해 LIM을 사용하는 롤러코스터가 많이 있다.첫 번째 영화는 1996년에 개봉된 킹스 아일랜드와 킹스 도미니언에서의 공포의 비행이다.배틀스타 갈리시아: 휴먼 VS 사이론 & 미라의 역습 at 유니버설 스튜디오 싱가포르가 2010년에 오픈했다.둘 다 놀이기구의 특정 지점에서 가속하기 위해 LIM을 사용합니다.리벤지 오브 더 미라는 또한 유니버설 스튜디오 헐리우드와 플로리다 유니버설 스튜디오에 있다.유니버설 어드벤처 섬의 인크레더블 헐크 코스터와 벨로시 코스터도 리니어 모터를 사용한다.록앤 롤러코스터 스타 에어로스미스는 1999년 디즈니 할리우드 스튜디오에서 문을 열었는데, 이 스튜디오는 LSM을 사용하여 실내용 블랙라이트 라이드 인클로저에 차량을 장착했다.

항공기 발진

• 전자 항공기 발사 시스템

제안 및 조사

• 발사 루프 – 선형 모터 구동 루프를 사용하여 차량을 우주로 발사하기 위해 제안된 시스템
• StarTram – 극한 규모의 리니어 모터 개념
• 테더 케이블 캐터펄트 시스템
• Aerrotrain S44 – 교외 통근형 호버트레인 프로토타입
• 연구 테스트 차량 31 – 선로로 유도되는 호버크래프트형 차량
• Hyperloop – 기업가 Elon Musk가 제안한 개념적인 고속 교통 시스템
• 엘레베이터 "ThyssenKrupp Elevator: ThyssenKrupp develops the world's first rope-free elevator system to enable the building industry face the challenges of global urbanization". Archived from the original on 2016-03-03. Retrieved 2015-06-02.
• 들어 올리다 "Technology: Linear Synchronous Motor Elevators Become a Reality". Archived from the original on 2015-03-30. Retrieved 2015-06-02.
• Magway - 연구 개발 중인 영국 화물 운송 시스템으로 지하 및 지상 직경 90cm의 파이프 구조를 통해 팟에 상품을 배송하는 것을 목표로 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

외부 링크

• 설계 방정식, 스프레드시트 및 도면
• 모터 토크 계산
• 전자총의 개요