驚異のリニア・インダクション・モーター：ストレートライン・パワーへの道しるべ

近代的な電車がどうしてあんなに静かに動くのか不思議に思ったことはないだろうか？あるいは、ジェットコースターがチェーン音もなく超高速で走り出すのはなぜだろう？その答えは、しばしば特別でクールな機械、リニア誘導モーターにあります。

リニアインダクションモーターは電気モーターの一種。リニアモーターは、直線的に動くモーターである。一般的なモーターのように円を描くようには回転しない。リニアモーターは、磁石と電気の力を利用して、物体をある経路に沿って押したり引いたりする。この記事では、この賢い発明のすべてをお伝えする。モーターとは何か、どのように動くのか、どこで使われているのか。わかりやすく説明します。モノを動かす未来について学ぶ準備をしよう！

リニア・インダクション・モーターとは？

リニア誘導モーターは、特殊な非同期モーターである。これは、その部品が固定された固定速度で動かないことを意味する空想的な言葉である。リニアインダクションモーターの特別な点は、回転しないということです。このモーターをイメージするには、通常の回転誘導モーターを思い浮かべるのが一番です。そのモーターが切り開かれ、広げられ、完全に平らになっていると想像してください。

その特殊な設計により、モーターは電気エネルギーを直進運動（直線運動）に変えることができる。その最も重要な仕事は、直線的な力を生み出すことである。この力は推力と呼ばれ、軌道に沿って何かを押したり引いたりすることができる。素晴らしいのは、部品が触れることなくこれを行うことだ。歯車も車輪もありません。このため、リニア・インダクション・モーターは、高速で、段差がなく、騒音がほとんどない動きが必要なものに最適なのです。

リニア・インダクション・モーターと通常のモーターとの違いは？

通常のモーターは回転モーターとも呼ばれ、回転するようにできている。キッチンのミキサーや扇風機のモーターを思い浮かべてほしい。従来の誘導モーターには、回転する部分がある。この部分はローターと呼ばれる。外側の動かない部分はステーターと呼ばれる。しかし、リニア・インダクション・モーターは平らである点が異なる。ステーター」は長く平らな軌道であり、「ローター」も平らな板である。

主な違いは動きのタイプだ。一方は、物事をぐるぐると回転させる。リニアインダクションモーター（しばしばLIMと呼ばれる）は、物事を直進させる。つまり、複雑なギアやローラーは必要ない。回転運動を直線運動に変える必要もない。従来の回転誘導モーターは多くのことに役立ちます。しかし、シンプルで強力な直線運動が必要な場合は、リニアモーターを選んだ方が良い場合が多いのです。

リニアインダクションモーターの主要部品とは？

リニア誘導モータの2つの主要部品は、一次側と二次側と呼ばれる。一次側はステーターの平板版のようなものである。一次側にはコイル線が巻かれている。これらのワイヤーはスチールラミネーションスタックの中にある。これはモーターの「アクティブ」な部分である。交流電力に接続する部分である。

セカンダリーは、ローターの平らなバージョンのようなものだ。多くの場合、電気を流すことができる単純な金属板である。これは導電性の金属である。このシートはリアクション・プレートと呼ばれることが多く、アルミニウムか銅でできている。この導電性プレートは通常、強度を高めるために裏面がスチールになっている。また、磁路の働きを助けます。リニア誘導モーターでは、一次側と二次側の間に必ず小さなエアギャップがあります。一次側は三相の配線（巻線）で構成されています。この特別な配線が走行磁界を作る。リアクションプレートのシンプルな設計により、リニアインダクションモータは非常に強く、頼りになるものとなっています。一次側の長さは、モータの用途に応じて長くしたり短くしたりすることができます。

リニア・インダクション・モーターはどのようにして動きを生み出すのか？

リニア・インダクション・モーターの仕組みは、電気と磁石の強い法則に基づいている。これが電磁原理である。一次側のコイルを交流電源に接続すると、特殊な磁界が発生する。この磁場は一箇所に留まることはありません。その代わり、一次側の長さを移動する移動磁場となる。これがリニアインダクションモーターの主な仕組みだ。驚くべきことに、この磁場は移動するが、それを実現するために固体部品は動いていない。

一次側からの磁束は二次側を通過する。二次側部品は導体であり、電気が通ることができる。この動く磁場は、二次側プレートの内部に電流を誘導する、つまり流れを引き起こす。これは誘導電流と呼ばれる。このような特殊な電流は渦電流として知られている。二次側に流れるこの新しい電流は、独自の磁場を作り出します。一次側からの磁場と二次側からの磁場、この2つの磁場が互いに押し引きします。この2つの磁場は相互に作用し合い、強い押す力を生み出します。この力はスラストと呼ばれる。この力によって、一方の部品が推進力を得て前進する。この一連のことは、エアギャップと呼ばれる小さな空間を横切って起こる。

リニアインダクションモーターの「スリップ」とは？

どのような種類の誘導モーターでも、回転型か平型かは関係ない。可動部は、磁界の動きと同じ速さでは動きません。磁界の速度と可動部の速度のわずかな差をスリップと呼ぶ。リニア誘導モーターでは、二次側の部分は一次側が作る磁束波の移動速度よりも常に少し遅く動いていることになる。

このスリップは非常に重要だ。これがなければモーターは作動しません。もし二次側部分が磁場と全く同じ速度で動いたら、二次側の導体と比較すると磁場は止まっているように見えるだろう。そうなれば、新しい電流は流れない。そうなると、力も生まれない。つまり、リニアインダクションモータが働いて推力を生み出すには、ある程度のすべりが必要なのだ。スリップの量によって、モータの力と速度が変わる。通常、スリップの値が低いということは、モーターが非常によく働き、エネルギーを無駄にしていないことを意味します。

リニア・インダクション・モーターには様々な種類がありますか？

リニア誘導モータにはいくつかの主な種類があります。エンジニアは仕事に最適なものを選びます。最も一般的なタイプは、片面リニア誘導モータと両面リニア誘導モータです。片面リニアモータは主要部分が1つです。リアクションプレートは1枚です。これはシンプルで、多くのシステムで使用される非常に一般的な設計です。

両面リニア誘導モーター（DLIM）はもう少し複雑だ。一次側部品が2つある。二次側の両側に1つずつある。二次側はアルミニウムか銅のシートで、真ん中にぶら下がっている。この設計は、より強くバランスの取れた力を生み出すことができる。もう一つのグループ分けの方法は、どちらの部分が長いかということです。短い一次側設計では、パワードコイル部分が動く物体上にある。軌道は長い二次側である。設計者にとって重要な選択は、一次側と二次側のどちらが動くかである。この設計では、一次側部分と二次側部分のいずれかを、静止する長い軌道にすることができる。短いプライマリー・デザインは、列車のようなものによく使われる。

リニアインダクションモーターの「最終効果」とは？

リニア誘導モーターは平らなので、始まりと終わりがある。このため、丸い回転モーターにはない特別な問題が生じます。この問題は端部効果と呼ばれる。一次側部品が二次側部品の上の領域に入ったり出たりすると、電磁界が弱くなったり、端で曲がってしまったりします。

このような末端効果は、モーターのパワーを低下させる。また、エネルギーの使用効率も悪くなる。磁束は、丸型回転モーターのように完全に滑らかで終わりのない経路を持たない。また、力率も低下させる可能性がある。力率とは、モーターがどれだけ電気をうまく使っているかを測定する方法である。エンジニアたちは、一次側の巻線を巧みに設計して、このような端部効果を下げる方法を考え出した。終末効果に打ち勝つ方法を見つけ出すことは大きな挑戦です。本当に良いリニア誘導モーターを作るためには重要なことなのです。

リニア・インダクション・モーターの動作はどこで見ることができますか？

リニア誘導モーターは、現代の交通機関で最もよく使われています！リニア・インダクション・モーターは、現代の交通機関で使用されていることで最もよく知られています。リニアモーターは、世界で最も近代的な高速列車を推進する、つまり押すために使用されている。その一例が、磁気浮上式推進装置を使った列車だ。非常にスムーズで静かなため、空港の交通機関や地下鉄の多くがマグレブを使用している。ディズニー・ワールドのトゥモローランド・トランジット・オーソリティ・ピープル・ムーバーは、このアイデアに基づくモーターの有名な例である。

しかし、リニア誘導モーターは輸送以外にも使われています。スリル満点のジェットコースターでは、強力なリニアインダクションモーターを使用して超高速で車両を発進させることがよくあります。工場では、ベルトコンベヤーや機械部品を慎重に動かすために使われています。逆回転してブレーキをかけることもできる。誘導モーターは、重いものを止める必要のあるシステムにも使われています。部品を摩耗させることなく、速く安全に停止させることができるのです。

リニアインダクションモータを選ぶ理由

リニア・インダクション・モーターにはいくつかの大きな利点がある。最大の利点は、一次側と二次側の部品が接触しないことだ。部品が接触しないため、摩擦が生じない。つまり、部品の摩耗や損傷が非常に少ないのです。摩耗する可能性のある機械的なベアリングは必要ありません。これらすべてが、非常に静かでメンテナンスの必要が少ないモーターにつながります。

力の出力は必要なところにある。直線的に。つまり、複雑で重いギアは必要ない。また、一次側と二次側の間にエアギャップがあるため、汚れや雨、雪の影響をあまり受けない。急勾配の坂道でも、車輪を使った列車より上手に登ることができる。これは、車輪と軌道の間のトラクション、つまりグリップが必要ないからだ。LIMのスピードは非常によくコントロールできる。これには、周波数ドライブと呼ばれる特殊なツールを使用する。エンジニアは、必要なデューティサイクル、つまりどれくらいの頻度でどれくらいの時間動かす必要があるかに基づいてリニアモーターを選びます。

リニア・インダクション・モーターの未来は？

リニアインダクションモーターの人気は年々高まっています。私たちの世界は、人や物をより速く、より静かに動かす方法を求めています。また、エネルギーを節約する方法も求めています。LIMはそのための最適な選択です。おそらく、高速鉄道プロジェクトでLIMを目にする機会は増えるだろう。ハイパーループのような未来のアイデアにも登場するかもしれない。

デザインはシンプルで力強い。触れて消耗する可動部分がない。これは大規模なプロジェクトにとって大きなメリットです。リニアモーターは、スマートエンジニアリングの好例です。回転モーターのアイデアを発展させることで、エンジニアは必要な場所で強力な直進運動を実現する新しい方法を生み出しました。超高速磁気浮上式鉄道から工場用ロボットまで、リニアモーターは私たちの世界を静かに前進させています。その未来はとても明るく、エキサイティングな新しい用途でいっぱいです。

覚えておくべきこと

• リニアインダクションモータ（LIM）は、通常のモータを直線的に運動させるために広げたようなものである。
• 一次側（電気コイル付き）と二次側（単純な導電板）の2つの主要部分がある。
• 一次側に動く磁場を作り出し、二次側に電流を流す。これにより、スラストと呼ばれる強力な推進力が発生する。
• 部品同士が触れ合うことはない。つまり、擦れ（摩擦）がなく、摩耗が非常に少なく、メンテナンスが少なくて済む。
• リニア誘導モーターは、高速鉄道、ジェットコースター、空港シャトル、工場機械など、さまざまな場所で使用されています。
• スムーズで静かでパワフルな直進性を必要とするあらゆる作業に最適です。