Un motor lineal es un motor eléctrico en el que uno de los elementos del sistema magnético está abierto y tiene un devanado desplegado que crea un campo magnético , y el otro interactúa con él y está hecho en forma de guía que proporciona movimiento lineal de la parte móvil del motor. Ahora se han desarrollado muchas variedades (tipos) de motores eléctricos lineales, por ejemplo:
Muchos tipos de motores lineales, como los asíncronos, síncronos o de corriente continua, repiten en su principio de funcionamiento los correspondientes motores de movimiento rotativo , mientras que otros tipos de motores lineales (magnetoestrictivos, piezoeléctricos, etc.) no tienen una implementación práctica como motores de movimiento rotativo. motores La parte estacionaria de un motor lineal que recibe electricidad de la red se denomina estator , o elemento primario , y la parte del motor que recibe energía del estator se denomina elemento secundario o inducido (el nombre de " rotor " no se aplica a partes de un motor lineal, ya que la palabra "rotor" significa literalmente "girando", y en un motor lineal no hay rotación).
Los más extendidos en el transporte y para grandes desplazamientos lineales son los motores lineales asíncronos y síncronos, pero también se utilizan motores lineales de corriente continua y electromagnéticos lineales. Estos últimos se utilizan con mayor frecuencia para obtener pequeños movimientos de los cuerpos de trabajo y, al mismo tiempo, garantizar una alta precisión y una tracción significativa.
Se puede obtener una idea del dispositivo de un motor de inducción lineal si corta mentalmente el estator y el rotor con los devanados de un motor de inducción convencional a lo largo del eje a lo largo de la generatriz y lo convierte en un plano. La estructura plana resultante es un diagrama esquemático de un motor lineal. Si ahora los devanados del estator de dicho motor están conectados a una red de corriente alterna trifásica , entonces se forma un campo magnético , cuyo eje se moverá a lo largo del entrehierro a una velocidad V proporcional a la frecuencia de la tensión de alimentación f y la longitud de la división de polos t: V \u003d 2pf. Este campo magnético que se mueve a lo largo del espacio cruza los conductores del devanado del rotor e induce EMF en ellos , bajo cuya influencia las corrientes comenzarán a fluir a través del devanado. La interacción de las corrientes con un campo magnético dará lugar a la aparición de una fuerza que actúa, según la regla de Lenz , en la dirección del movimiento del campo magnético. El rotor, en lo que sigue lo llamaremos un elemento secundario, comenzará a moverse bajo la influencia de esta fuerza. Como en un motor asíncrono convencional, el movimiento del elemento se produce con cierto deslizamiento relativo al campo S = (V - v)/V, donde v es la velocidad del elemento. El deslizamiento nominal de un motor lineal es 2-6%. [1] El elemento secundario de un motor lineal no siempre está provisto de un devanado. Una de las ventajas de un motor de inducción lineal es que se puede utilizar una lámina de metal común como elemento secundario. En este caso, el elemento secundario también puede estar situado entre dos estatores, o entre el estator y el núcleo ferromagnético . El elemento secundario está hecho de cobre, aluminio o acero, y el uso de un elemento secundario no magnético implica el uso de esquemas de diseño con cierre de flujo magnético a través de elementos ferromagnéticos. El principio de funcionamiento de los motores lineales con un elemento secundario en forma de tira repite el funcionamiento de un motor asíncrono convencional con un rotor macizo ferromagnético o hueco no magnético. Los devanados del estator de los motores lineales tienen los mismos esquemas de conexión que los motores asíncronos convencionales, y generalmente se conectan a una red de corriente alterna trifásica. Los motores lineales funcionan muy a menudo en el llamado modo de movimiento invertido , cuando el elemento secundario está estacionario y el estator se mueve. Tal motor lineal, llamado motor de estator móvil, encuentra, en particular, una amplia aplicación en vehículos eléctricos. Por ejemplo, el estator está fijo debajo del piso del automóvil, y el elemento secundario es una tira de metal entre los rieles y, a veces, los rieles mismos sirven como elemento secundario. Una de las variedades de motores asíncronos lineales es un motor tubular (coaxial). El estator de un motor de este tipo tiene la forma de un tubo, dentro del cual hay bobinas de disco planas (devanados del estator) y arandelas de metal intercaladas, que forman parte del circuito magnético . Las bobinas del motor están conectadas en grupos y forman los devanados de las fases individuales del motor. En el interior del estator se coloca un elemento secundario, también tubular, fabricado en material ferromagnético. Cuando los devanados del estator están conectados a la red, se forma un campo magnético viajero a lo largo de su superficie interna, que induce corrientes en el cuerpo del elemento secundario dirigidas a lo largo de su circunferencia. La interacción de estas corrientes con el campo magnético del motor crea una fuerza que actúa a lo largo de la tubería sobre el elemento secundario, lo que provoca (con el estator fijo) el movimiento del elemento secundario en esta dirección. El diseño tubular de los motores lineales se caracteriza por la dirección axial del flujo magnético en el elemento secundario, a diferencia del motor lineal plano, en el que el flujo magnético tiene una dirección radial.
El área principal de aplicación de los motores síncronos, donde sus ventajas son especialmente fuertes, es el transporte eléctrico de alta velocidad . El hecho es que, en las condiciones de funcionamiento normal de dicho transporte, es necesario tener un espacio de aire relativamente grande entre la parte móvil y el elemento secundario. En este caso, un motor lineal asíncrono tiene un factor de potencia (cosφ) muy bajo, y su uso no es económicamente viable. Un motor lineal síncrono, por el contrario, permite un entrehierro relativamente grande entre el estator y el elemento secundario y opera con cosφ cercano a la unidad y alta eficiencia , alcanzando el 96%. El uso de motores lineales síncronos en el transporte de alta velocidad se combina, por regla general, con la suspensión magnética de los automóviles y el uso de imanes superconductores y devanados de excitación, lo que permite aumentar la comodidad del movimiento y el rendimiento económico del vehículo. material rodante.
Todos los motores lineales se pueden dividir en dos categorías:
Los motores de baja aceleración se utilizan en el transporte público ( maglev , monorraíl , metro ) como tracción , así como en máquinas-herramienta (láser, corte por agua, taladrado y fresado) y otros equipos tecnológicos en la industria. Los propulsores de alta aceleración tienen una longitud bastante pequeña y generalmente se usan para acelerar un objeto a alta velocidad y luego liberarlo (ver Cañón de Gauss ). A menudo se utilizan para la investigación de colisiones a hipervelocidad y, hipotéticamente, también podrían utilizarse en dispositivos especiales como armas o lanzadores de naves espaciales .
Los motores lineales también se utilizan ampliamente en accionamientos de avance de máquinas herramienta y en robótica . Los codificadores lineales se utilizan a menudo para mejorar la precisión del posicionamiento .