Lineer motor

Lineer motor, doğrusal motor ya da doğrusal hareketli motor, statoru ve rotoru "açık" bir elektrik motorudur. Bu nedenle tork oluşturmak yerine uzunluğu boyunca doğrusal bir kuvvet üretir. Ancak bütün lineer motorlar düz değildir. Lineer motorun aktif bölümünün uçları vardır oysa geleneksel elektrik motorlarında ise döngü süreklidir.

U-kanallı senkron lineer motorun serbest gövde diyagramı.

Çalışma modu, uygulanan kuvvetin akım ve manyetik alanla doğrusal olarak orantılı olduğu Lorentz tipi motor gibidir. $({\vec {F}}=I{\vec {L}}\times {\vec {B}})$.

Lineer motor en çok yüksek hassasiyetli mühendislik uygulamalarında kullanılır. Aynı zamanda özel bilimsel konferanslar ve mühendislik ders kitapları ile gelişen bir uygulamalı araştırma alanıdır.

Lineer motorun, düşük ivmeli ve yüksek ivmeli lineer motorlar olmak üzere iki ana sınıfa ayrılan birçok tasarım yapılmıştır. Düşük ivmeli lineer motorlar, maglev trenleri ve diğer yerden iden ulaşım uygulamalarına uygundur. Yüksek ivmeli lineer motor kısadır ve nesneyi örn. bobin tabanca'da olduğu gibi çok yüksek hıza çıkarmak için tasarlanır.

Yüksek ivmeli lineer motori hiper hızlı çarpma araştırmalarında silah veya uzay aracı tahriki için kütle sürücüsü olarak kullanılır. Bunlar genellikle hava aralığının bir tarafında aktif üç fazlı sargı ve diğer tarafında pasif bir iletken plaka olan AC lineer endüksiyon motoru (LIM) tasarımındadır. Ancak doğru akım homopolar lineer motoru Railgun olarak yüksek ivmeli başka bir doğrusal motor tasarımıdır.

Düşük ivmeli, yüksek hızlı ve yüksek güçlü motorlar ise hava aralığının bir tarafında aktif sargı ve diğer tarafında bir dizi alternatif kutuplu mıknatısları olan Lineer Senkron Motor (LSM) tasarımındadır. Mıknatıslar sabit mıknatıs veya elektromıknatıs olabilir. Örneğin Şanghay Maglev Treni 'nin motoru LSM'dir.

Tipler

Fırçasız

Fırçasız lineer motor, senkron motor ailesinin üyesidir. Genellikle fırçasız lineer motor, standart lineer taşıyıcılarda (İngilizce: linear stages) veya özel yüksek performanslı konumlandırma sistemlerinde kullanılır.

1980'lerin sonlarında Anwar Chitayat tarafından şimdiki adı Rockwell Automation olan Anorad Corporation'da icat edilmiştir ve endüstriyel üretim süreçlerinin verimini ve kalitesini iyileştirmeye yardım etmiştir.

Fırçalı

Fırçalı lineer motorlar, fırçasız lineer motorların icadından önce endüstriyel otomasyon uygulamalarında kullanılıyordu. Günümüzde genellikle kullanılan üç faz fırçasız motorlarla karşılaştırıldığında fırçalı motorlar tek fazla çalışır. Fırçalı lineer motorlar daha ucuzdur çünkü hareketli kabloları ve üç fazlı servo sürücüleri yoktur. Ancak fırçaları aşındığından daha çok bakım gerektirirler.

Senkron

Bu tasarımda, rotorun hareketini izlemek için manyetik alan hareket hızı genellikle elektronik olarak kontrol edilir.

Maliyet nedeniyle, senkron lineer motorlar nadiren komütatör kullanır bu yüzden rotor genellikle sabit mıknatıslar veya yumuşak demir içerir. Bobin silahları ve bazı maglev sistemlerinde kullanılan motorlar örnek olarak verilebilir. Çok hassas endüstriyel otomasyonda lineer motor bir mıknatıs stator ve hareketli bir bobinle yapılandırılır. Statorun manyetik akı değerini izlemek için rotora Hall etki sensörü takılır. Elektrik akımı genellikle sabit bir servo sürücüden hareketli bobine kablo taşıyıcısı içindeki hareketli bir kabloyla verilir.

İndüksiyon

Tipik bir 3 fazlı doğrusal endüksiyon motoru. Üstteki alüminyum levha genellikle ikincil "rotor"u oluşturur.

Bu tasarımda kuvvet, alandaki iletkenleri etkileyen hareketli doğrusal Manyetik alan tarafından oluşturulur. Bu alana yerleştirilen herhangi bir iletken, döngü, bobin veya bir metal levhasının içinde Lenz yasası'na göre girdap akımları indükler böylece karşıt bir manyetik alan yaratır. İki karşıt alan birbirini iter ve böylece manyetik alan, metali süpürürken hareket eder.

Homopolar

Railgun şeması

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

Borulu

Pnömatik silindirlerin yerine kullanılabilecek verimli ve küçük bir tasarımdır.

Piezo elektrik

Piezoelektrik motor hareketi

Piezoelektrik sürücü küçük lineer motorları çalıştırmak için kullanılır.

Kullanım

Lineer motor, yüksek verimli otomasyon ekipmanı çalıştırmada çok kullanılır. Vidalı mil, zamanlama kayışı veya kremayer ve pinyon gibi çok kullanılan diğer tahrik elemanlarından farklı olarak hassaslık, hız, yüksek kuvvet ve uzun hareket mesafesi bileşimlerini aynı anda sağlamak gibi yararları vardır.

Lineer motorun başlıca kullanımlarından biri kumaş dokuma tezgahlarında mekiği hareket ettirmektir.

Kayar kapı vb çeşitli yerlerde lineer motor kullanılır.

Bagaj tesliminde ve çok miktarlı dökme malzeme taşımacılığında kullanılır.

Lineer motor bazen dönüş hareketi oluşturmak için de kullanılır örn. büyük eğrilik yarıçapıyla uğraşmak için gözlemevlerinde kullanılır.

Lineer motor, lunapark hızlı trenlerinde geleneksel zincirle çalışan kaldırma tepelerine alternatif olarak da kullanılır. Cedar Point'teki Maverick lunapark hızlı trende zincirli kaldırıcı yerine böyle bir lineer motor kullanır.

Çarpışma testlerinde arabaları hızlandırmak için lineer motor kullanılır.

Endüstriyel otomasyon

Yüksek hassasiyet, yüksek hız, yüksek kuvvet ve uzun çalışma hareket bileşimi, fırçasız lineer motoru endüstriyel otomasyon ekipmanı tahriğinde çekici yapmıştır. Yarı iletken montajında Stepper makineleri, elektronik sanayinde yüzey montaj teknolojisi (İngilizce: surface-mount technology), otomotiv sanayinde kartezyen koordinatlı robot, havacılık sanayinde kimyasal frezeleme, optik elektron mikroskobu, sağlık hizmetlerinde laboratuvar otomasyonu, yiyecek ve içecek sanayinde "al ve yerleştir" gibi uygulamalarda kullanılırlar.

Takım tezgahları

Takım tezgahlarında kullanılan senkron lineer motorlar, büyük kuvvet, yüksek hız, hassaslık ve yüksek dinamik esnemezlik sağlayarak harekette hassaslık ve anlık yerleşim süresi verir. Tezgahlar, 2 m/s hıza ve mikron seviyesinde hassaslığa, anlık çevrim sürelerinde ve pürüzsüz yüzey kalitesine ulaşırlar.

Tren tahriki

Geleneksel raylar

Aşağıdaki uygulamaların tümü hızlı taşıma içindir.

Bombardier Innovia Metrosu

İlk olarak 1970'lerin sonlarında Kanada'da Urban Transportation Development Corporation (UTDC) tarafından Bombardier Innovia Metrosu (Orta Kapasiteli Transit Sistemi (ICTS)) olarak geliştirildi. Prototip vagonların kapsamlı testleri için Millhaven, Ontario' da bir test pisti yapıldı ve ardından üç hat inşa edildi:

• Hat 3 Scarborough Toronto'da 1985'te açıldı
• Vancouver SkyTrain (TransLink) hattı 1985'te açıldı ve 1994'te genişletildi
• Detroit People Mover Detroit'te 1987'de açıldı

ICTS 1991'de Bombardier Transportation'a satıldı ve sonra 2011'de mevcut markasından önce Bombardier Innovia Metro (Advanced Rapid Transit) (ART) olarak biliniyordu. O zamandan beri aşağıda yazılı birkaç kurulum daha yapıldı:

• Kelana Jaya Line Kuala Lumpur'da 1998'de açıldı ve 2016'da genişletildi
• Vancouver SkyTrain'in Millennium hattı 2002'de açıldı ve 2016'da genişletildi
• AirTrain JFK New York'ta 2003'te açıldı
• Airport Express (Pekin Metrosu) 2008'de açıldı
• Everline, Yongin, Güney Kore'de 2013'te açıldı

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 lineer endüksiyon motorlarının küçük-profilli metrolar için kullanımı üzerinde çalıştı ve 1984'te Japon Kara, Altyapı, Ulaştırma ve Turizm Bakanlığı ile kentsel raylı taşıma için lineer motorun pratik uygulamalarını araştırdı.

1988'de Saitama'da Limtrain ile başarılı bir gösteri yapıldı ve bu gösteri Osaka ve Toei hatlarında (bugünkü Tokyo'daki Toei Oedo Hattıdır) Nagahori Tsurumi-ryokuchi doğrusal motor kullanılma kararını etkiledi.

Bugüne kadar Japonya'daki aşağıda adları yazılı metro hatları lineer motorları ve güç almak için de havai hatları kullanmıştır:

• Osaka'da iki Osaka Metro hattı:
  • Nagahori Tsurumi-ryokuchi hattı 1990'da açıldı
  • Imazatosuji hattı 2006'da açıldı
• Toei Ōedo hattı Tokyo'da 2000'de açıldı
• Kobe Belediye Metrosu'nun Kaigan hattı 2001'de açıldı
• Fukuoka City Metrosu'nun Nanakuma hattı 2005'te açıldı
• Yokohama Belediye Metrosu Yeşil hattı 2008'de açıldı
• Sendai Metro Tōzai hattı 2015'te açıldı

Ayrıca, Kawasaki Heavy Industries Çin'deki Guangzhou metrosu'na Lineer Metro ihraç etti; Guangzhou'daki aşağıda yazılı lineer metro hatlarının tamamı üçüncü demiryolu elektrifikasyonunu kullanır:

• Hat 4 (Guangzhou Metrosu) 2005'te açıldı.
• Hat 5 (Guangzhou Metrosu) 2009'da açıldı.
• Hat 6 (Guangzhou Metrosu) 2013'te açıldı.

Monoray

• Manyetik olarak havalandırılmayan ancak yine de lineer motor kullanan en az bir monoray sistemi bilinmektedir. Bu "Moskova Monoray" 'ıdır. Başlangıçta burada geleneksel motorlar ve tekerlekler kullanılacaktı. Ancak test çalışmalarında önerilen motorların ve tekerleklerin bazı koşullar altında örneğin ray üzerinde buz olması vb gibi durumlarda yeterli çekiş veremeyecekleri keşfedildi. Bu nedenle tekerlekler hala kullanılmaktadır ancak trenlerde hızlanmak ve yavaşlamak için lineer motorlar kullanır. Bu, diğer tren sistemleri için bu tür gereksinimlerin olmaması nedeniyle muhtemelen böyle bir kombinasyonun tek kullanımıdır.
• TELMAGV, manyetik olarak havaya kaldırılmayan ancak lineer motorlar kullanan bir monoray sisteminin bir prototipidir.

Dış bağlantılar

• Tasarım denklemleri, elektronik tablo ve çizimler 3 Mart 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• Motor torku hesaplaması
• Elektromanyetik Silahlara Genel Bakış
• Ses Bobini Aktüatörleri 17 Ocak 2013 tarihinde Archive.is sitesinde arşivlendi
• Lineer motorları boyutlandırmak için Android uygulamaları