리니어 모터
리니어 모터(영: linear motor)란, 축이 없는 전기 모터(전동기).일반적인 모터가 회전운동을 하는데 대해, 리니어 모터는 기본적으로 직선 운동을 한다.
응용예로서 자기 부상식 리니어 모터카가 알려지기 위해, 부상 기술로 오해 받기 쉽지만, 어디까지나 구동장치이다.부상의 유무와는 관계없이, 또 부상하기 위한 장치도 아니다.
목차
리니어의 의미
리니어와는 모터가 발하는 운동의 방향으로 유래하고 있어, 잘 알려진 회전식(영: rotating)의 모터와는 달라, 이 모터는 직선적인(linear) 방향으로 동력을 발한다.
여기서 말하는 「직선」이란, 구석이 없는 환상은 아니다는, 이유이며, 가이드에 따라서 굽힐 수도 있다.예를 들면, 선형에 늘어놓고, 보통 모터보다 압도적인 얇음으로 원호 운동을 실시하게 할 수도 있어 하드 디스크의 헤드 등은 이 형태로 사용하고 있다.이것은 수평 방향(고정자⇔로터에 수직 방향)의 예이지만, 수직 방향(고정자⇔로터 방향)으로 굽힐 수도 있다.
원리적으로는, 일주 해 원환형으로 하고 회전운동을 시킬 수도 있다.따라서, 회전 모터와의 본질적인 차이는, 회전운동인가 직선 운동인가가 아니고, 기계적인 축이 있어 토르크를 이용할지말한다.
특징
회전식 모터에 대한 이점
- 베어링이나 감속기가 없게 구동계를 작게 할 수 있으므로, 회전식 모터를 둘 만한 공간이 없는 경우에 사용할 수 있다.
- 회전하는 차바퀴(윤축)를 수반하지 않는 비접촉 주행의 경우에도 적용할 수 있다.
회전식 모터에 대한 결점
종류
동작 원리에 의해, 리니어 유도 모터(LIM[1]), 리니어 동기 모터(LSM[2]), 리니어 직류 모터(LDM[3]), 리니어 스테핑 모터가 있다.
로렌트력을 이용한 전자식 리니어 모터 뿐만이 아니라, 초음파 모터와 같은 작동 원리인 피에조 효과를 응용한 압전 소자로 구동하는 리니어 모터도 존재한다.
리니어 동기 모터
동기 전동기와 같은 원리로 작동한다.다른 리니어 모터보다 효율이 높다.2차측도 여자 할 필요가 있다.N극히와 S극히를 바꾸는 타이밍을 차 위의 자석의 극히와 동기 시킬 필요가 있다.
리니어 유도 모터
유도 전압기와 같은 원리로 작동한다.
리니어 직류 모터
액츄에이터등에 사용되는[4]. LDM는 그 구조로부터, 코일 가동형[5]로 자석 가동형에 세분된다.또 정류자의 유무에 의해 정류자식과 무정류자식으로 분류된다.정류자식은 궤도에 교대로+극히와-극히가 배치되어 있어 정류자가 게다가를 통과하면 차 위의 계자의 N극히와 S극히가 바뀌는[6].한편, 브러시리스 모터에 상당하는 무정류자식 리니어 직류 모터는 리니어 동기 모터와 거의 동일한 구조이다.리니어 직류 모터는 궤도, 차 위 모두 계자를 필요로 하는[7].
리니어 사이리스터 모터
리니어 직류 모터의 일종으로 계자를 바꾸기 위해 사이리스터를 사용한다.2차측이 영구자석이 아닌 경우에는 여자 할 필요가 있다.효율은 비교적 높은[8].
리니어 스테핑 모터
일부의 광학 기기등의 정밀 기기등에 사용되는[9].종래, 쥼 렌즈의 오토 포커스로는 경동에 형성된 원통 캠에 의해서 렌즈를 복잡하게 전후 시키는 일에 의해서 확대, 축소, 초점을 아울러 있었지만, 각 렌즈를 리니어 스테핑 모터에 의해서 독립해 전후에 이동시키는 일에 의해 종래의 기구가 불필요하게 되었다.
리니어 자기 저항 모터
이 모터는 현재 액츄에이터등의 용도를 향해서 개발이 진행되고 있다.리니어 스테핑 모터와 유사한 구조로 계자에 희토류 자석을 필요로 하지 않는다.고정밀도의 위치 결정이 가능한[10].또 액츄에이터 이외의 용도로서 베네수엘라의 안데스 대학에서 리니어 자기 저항 모터를 추진에 사용하는 TELMAGV가 개발중이다
리니어 공진 액츄에이터
이것도 리니어 모터의 일종으로 특정의 주파수의 진동을 인가하는 일에 의해서 액츄에이터가 그 공진 주파수에 응한 위치로 이동한다.인가하는 주파수를 바꾸면 위치도 바뀌는[11].
리니어 정전 모터
정전기에 의해서 작동한다.종래의 로렌트력에 의한 전자식의 리니어 모터보다 효율이 낮고 고전압을 필요로 하기 때문에(위해), 대부분은 실험적인 단계에 머무는[12][13].정전 리니어 액츄에이터라고 해도 개발중이다.
리니어 압전 모터
피에조 소자에 의해서 구동되는 리니어 모터.효율은 낮지만 고정밀도의 제어가 가능하다.정밀 기계등에 사용되는[14].
계자(전자석)의 배치에 의한 분류
차 위 일차식 리니어 모터
계자(전자석)가 차량에 있는 리니어 모터.차량에 전력을 공급할 필요가 있지만, 리니어 유도 모터의 경우에는 궤도에 코일을 배치할 필요가 없기 때문에, 건설비를 지상 일차식보다 염가에 억제된다.1대의 자석으로 부상과 안내, 추진을 겸하는 경우도 있다.여자시에 차체 부근에 자성체가 있으면 들이마셔 전해지고 사고로 연결될 가능성이 있다.
지상(궤도) 일차식 리니어 모터
지상(궤도상)에 늘어놓을 수 있었던 계자(전자석)에 의해서 추진한다.차 위의 계자(자석)가 영구자석이나 초전도 자석의 경우에는, 차체에 전력을 급전 하지 않아도(흡인식 자기 부상의 경우는 부상, 안내용의 전자석에 전력을 공급할 필요가 있지만) 추진할 수 있다.고속화에 적절하고 있는 반면, 궤도에 코일을 배치해야 하기 때문에, 건설비는 높아진다.추진용의 계자가 궤도상에 있으므로, 차체를 경량화할 수 있다.가속과 감속에 리니어 모터가 사용되고 있는 제트코스터등에서 사용되는 것은, 대부분이 이 형식이다.여자시에 궤도 부근에 자성체가 있으면 들이마셔 전해지고 사고로 연결될 가능성이 있다.
원리
기본적인 원리는 회전형의 모터와 동일하고, 유도형으로는 자계중에 놓여진 도체에 전류를 흘렸을 때에 생기는 로렌트력을 이용하고 있어, 동기형으로는 자극끼리의 흡인・반발력을 이용하고 있다.
무엇보다 원시적인 구조는, 회전형의 모터를 직선에 연 형태를 상상한다고 이해하기 쉽다.회전 자계를 일으키는 대신에 직진 시키는 자계 변화를 일으키고 있다.
동기형의 리니어 모터의 원리를 간략적으로 나타내면, 이하와 같은 것이다.
- 정지 상태로는, 직선적으로 배치된 고정 전자석과 가동하는 전자석은 반대의 극히(예를 들어 N와 S).
- 움직이고 싶은 방향의, 직선적으로 배치된 고정 전자석을 S로 한다.그러자(면), 가동 전자석은, 그 방향으로 움직이기 시작한다.(움직이고 싶은 방향과 반대측의 고정 전자석을 N로 하면, 보다 강한 힘으로 구동된다.)
- 고정 전자석의 자극 변화를 반복해 가면, 가동 전자석은, 전방으로 끌어 들일 수 있는 계속한다.
리니어 모터카로의 응용예로는, 이하와 같은 이미지가 된다.
차체 본체(도례로는 개개의 중단의 S N S)의 자극은 변함없이, 추진 코일(가이드 레일측)의 자극을 차례차례로 바꾸어 간다.이 변화시키는 시간 간격에 의해서 속도도 조절할 수 있다.
용도
리니어 모터카에 사용되고 있는 것으로 잘 알려져 있다.
그 밖에도, 공작기계, 우주선, 가속기, 서스펜션, 자동차용 전동 커텐, 자면도기 등, 응용범위는 폭넓다.카메라의 오토 포커스(리니어 스텝 모터)에도 사용된다.비행기의 비행기 사출기의 실험을 한 일도 있다.
근년은, 반도체 제조 기술의 진보에 의해, MEMS로 액츄에이터로서의 리니어 모터의 개발도 진행되고 있다.
레일 암이 리니어 모터의 원리를 응용하고 있으면 오해 받는 경우가 있지만, 이것은 전류가 자계로부터 받는 로렌트력을 이용한 완전히 다른 원리에 근거하는 것이다.리니어 모터와 원리적으로 가까운 것은 코일 암이다. 코일 암과는 별도로 리니어 모터 그 자체를 이용해 물체를 발사하는 병기는 「리니어 암, 리니어 모터 암」이라고 불리는 것이 많다. 병기가 아니면(주로 우주 기술이 많다), 「매스 드라이버」라고 불리기도 한다.
철도
이하의 철도 노선・장치로 이 방식을 채용하고 있다.
- 차바퀴식 리니어 모터카
-
- 일본
- 리니어 모터 대차식입체장치-화물열차등의 조성・입환에 콤퓨터화된 무사시노, 키타카미, 신난요, 코오리야마, 시오하마, 타카사키의 각 정차장에서 사용되고 있던[15][16][17].보수 차량으로서 국철야 250형 화차가 있었다.
- 철도 총연 가선집전시험용 대차-리니어 사이리스터 모터 구동에 의한 가선집전시험 장치[18].
- 미니 지하철(리니어 메트로/일본 지하철 협회)[19]
- 오사카시영 지하철 나가호루 쓰루미료쿠치선（1990년3월 20 일개업)
- 도에이 지하철 오오에도선（2000년12월 12 일개업)
- 코베시영 지하철 해안선（2001년7월 7 일개업)
- 후쿠오카시 지하철 나카누마선（2005년2월 3 일개업)
- 오사카시영 지하철 이마사토근선（2006년12월 24 일개업)
- 요코하마시영 지하철 그린 라인（2008년3월 30 일개업)
- 센다이시 지하철 토자이선（2015년12월 6 일개업)
- 림트렌(일본 모노레일 협회)
- '88 사이타마 박람회에서 사용된 차바퀴식의 리니어 모터카 현시점에서는 실용화되어 있지 않다.
- 캐나다
- 아메리카 합중국
- 중국
- 일본
- 자기 부상식 철도
- 공기 부상식 철도
놀이 도구
- 도쿄 디즈니랜드 「빅 썬더・마운틴」-가속・감속에 리니어 모터가 사용되고 있다.
- 후지큐 하이랜드 「고압적인 자세」-가속・감속에 리니어 동기 모터(LSM)가 채용되고 있다.
- 도쿄 돔 시티아트라크션즈 「리니아게일」-가속에 리니어 유도 모터(LIM)가 사용되고 있다.세계 최초의 매달아 내려감식 리니어 코스터(현재는 폐쇄).
- 스즈카 서킷 모트피아 「매드 코브라」-가속에 리니어 유도 모터(LIM)가 사용되고 있다.일본 최초의 리니어 코스터(현재는 폐쇄).
- 요코하마・핫케이지마 시파라다이스 「블루 폴」-감속에 리니어 유도 모터(LIM)가 사용되고 있다.
교통기관용은 주로 리니어 동기 모터(LSM)와 리니어 유도 모터(LIM)의 2 종류이며, 야마나시로 실험중의 초전도 리니어나 독일의 트랜스 rapid는 지상 일차식 LSM이다.미니 지하철이나 리니모에는 차 위 일차식 LIM이 사용되고 있으므로 지상 측에 코일을 배치할 필요가 없기 때문에 건설비가 싸진다. 지상 일차식의 LSM은 차량측의 추진용의 집전장치가 불필요한(다만, 차내에서 사용하는 서비스 전원이 필요한 경우는 집전장치, 혹은 자가발전장치가 필요가 있다)[20].
관련 항목
각주
- ^영: linear induction motor
- ^영: linear synchronous motor
- ^영: linear direct motor
- ^리니어 직류 모터
- ^영: moving coil type LDM
- ^과거에 아리 제작소로부터 완구로서 판매된 예가 있다.
- ^리니어 직류 모터
- ^직류 리니어 모터의 여자 제어 방법
- ^테크노 핸즈
- ^범용의 삼상 모터 제어장치를 위한 집적 위치 센서를 갖춘 저비용 리니아스잇치트리라크탄스모타(PDF)
- ^모터 구동형 리니어 공진 액츄에이터의 진동 해석
- ^특원평6-306150
- ^교류 구동 양전극형 정전 모터
- ^탄성 표면파 리니어 모터-도쿄대학 첨단 메카트로닉스 연구실
- ^리니어 모터 야드
- ^이 때의 리니어 모터의 경험이 후에 도움이 되었다.
- ^신교통 시스템. 보육사. (1990). p. 72. ISBN 9784586508037.
- ^전철선구조 연구실
- ^모든 미니 지하철이 리니어 모터에 의한 추진을 사용하고 있는 것은 아니다.
- ^자기 부상식 철도의 경우는 부상, 안내용의 전자석의 여자용으로 전원이 필요하다
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