Silnik płaski

Rys. 2. Silniki płaskie, czyli najsilniejsze silniki liniowe, mogą być dowolnie długie

Silnik ten nie ma z góry ograniczonego zakresu ruchu. W ogólności na jego konstrukcję składają się dwa płaskie elementy, oddzielone od siebie przestrzenią powietrzną. Istnieją dwa sposoby budowy tego typu silnika. Pierwsza z dostępnych wersji budowana jest bez użycia elementów stalowych.

Cewki mocowane są do aluminiowej podstawy, która jest niewrażliwa na działanie pola magnetycznego. Dzięki temu w momencie odcięcia dopływu prądu element ruchomy nie jest przyciągany do magnesów trwałych oraz nie występuje zjawisko blokowania siłownika.

W niektórych aplikacjach zmniejsza to zużycie łożysk lub prowadnic. Ten typ siłownika może być montowany zarówno na górze jak i po bokach stojana. Jest on zalecany do tych aplikacji, w których konieczna jest duża precyzja działania i płynne ruchy, jak np. podczas skanowania.

Zalety te okupione są wadami, takim jak niewielka siła przyciągania, a więc i sprawność całego mechanizmu. Pole magnetyczne od strony podstawy siłownika nie jest niczym blokowane i rozprasza się poprzez aluminiowe płytki. Stosując tego typu urządzenia należy też zwrócić szczególną uwagę na kwestię bezpieczeństwa, gdyż niczym nie ograniczane z zewnątrz pole magnetyczne może przyciągać niektóre metalowe elementy maszyn i w efekcie stanowić zagrożenie dla osób pracujących w otoczeniu.

Druga grupa silników liniowych płaskich jest wyposażona w siłownik o podstawie z aluminium i stali. Może ona być wykonana na dwa sposoby – z otworem lub bez. W pierwszej wersji cewki napędowe montowane są wewnątrz podłoża, przez co pole magnetyczne jest ściśle prowadzone. Nieco mniej skoncentrowane pole generowane jest przez siłowniki z podłożem z aluminium i stali ale bez otworu. Cewki mocowane są na zewnątrz takiej konstrukcji, tak jak w przypadku podłoża z samego aluminium.

Dzięki stalowemu rdzeniowi i bieżni z mocnymi magnesami, silnik ten jest także najsilniejszym dostępnym na rynku. Ma on jednak dwie wady. Żelazny rdzeń siłownika zwiększa jego masę, która ogranicza dynamikę, a siła magnetyczna przyciągająca siłownik do bieżni może nawet dziesięciokrotnie przewyższać liniową siłę napędową, co pogarsza parametry silnika. W związku z powyższym, łożyska muszą być dostosowane do dużej siły i ciężaru urządzenia. Trzeba także pamiętać o szczelinach, w których może gromadzić się kurz i zanieczyszczenia, wywołujące tarcie, które mogłoby blokować jego działanie.

Silnik U-kanałowy

W silniku U-kanałowym wzdłuż ramion naprzeciwko siebie są umieszczone dwa równoległe zespoły magnesów trwałych, a siłownik porusza się pomiędzy nimi. Silniki tego rodzaju są stosowane w urządzeniach o wysokiej precyzji, a ich rozdzielczość dochodzi do ułamków mikrometra. Koszt równoległych zespołów magnesów powoduje, że silniki tej konstrukcji są droższe od pozostałych. Ich pole magnetyczne zamyka się pomiędzy ramionami, nie znajdując się poza kanałem.

Cewki są najczęściej zasilane trójfazowo, a dzięki braku elementów stalowych siła wytwarzana przez pole magnetyczne siłownika w stosunku do ramy jest zrównoważona i nie przeciąża łożysk. Ponieważ siłownik porusza się w głębokim kanale utrudnione jest natomiast odprowadzanie ciepła. W takich przypadkach konieczne może zatem wymuszone chłodzenie powietrzne lub wodne. Oprócz tego kanał U staje się naturalnym zbiornikiem kurzu i zanieczyszczeń mogących utrudniać ruch silnika i wywoływać tarcie.

Pociągi z silnikami liniowymi Fot. 3 Pociąg Transrapid firmy Siemens Jedną z aplikacji silników liniowych są nowoczesne linie kolejowe. Część z nich określana jest jako maglev, czyli magnetyczno-lewitującymi. Nazwa ta powstała ze względu na zasadę ich działania – w praktyce unoszą się one nad torem w wyniku zastosowania silników liniowych. Obecnie tego typu napęd stosowany jest m.in. w kolei AirTrain, która przewozi pasażerów lotniska JFK w Nowym Jorku, w niektórych trakcjach w Tokio, a także w pociągach Transrapid, które opracowała firma Siemens. Jak na razie te ostatnie przewożą pasażerów z Szanghaju, choć być może zostaną one wprowadzone także w innych miejscach świata.