Tor indukcyjny

Inductrack to pasywny , odporny na awarie elektrodynamiczny system lewitacji magnetycznej, wykorzystujący wyłącznie niezasilane pętle drutu w torze i magnesy perslide (ułożone w układy Halbacha ) na pojeździe w celu uzyskania lewitacji magnetycznej . Tor może występować w jednej z dwóch konfiguracji: „tor drabinkowy” i „tor laminowany”. Tor drabinkowy jest wykonany z niezasilanych kabli Litz , a tor laminowany jest wykonany z ułożonych w stos arkuszy miedzianych lub aluminiowych.

Istnieją trzy konstrukcje: Inductrack I, który jest zoptymalizowany do pracy z dużą prędkością, Inductrack II, który jest bardziej wydajny przy niższych prędkościach, oraz Inductrack III, który jest przeznaczony do dużych obciążeń przy niskich prędkościach.

Inductrack (lub Inductrak) został wynaleziony przez zespół naukowców z Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii , kierowany przez fizyka Richarda F. Posta , do użytku w pociągach maglev , w oparciu o technologię stosowaną do lewitacji kół zamachowych. Przy stałej prędkości energia jest potrzebna tylko do pchania pociągu do przodu wbrew oporowi powietrza i elektromagnetycznemu . Powyżej prędkości minimalnej, wraz ze wzrostem prędkości pociągu, szczelina lewitacji, siła nośna i wykorzystana moc są w dużej mierze stałe. System może podnieść 50-krotność ciężaru magnesu.

Opis

Nazwa inductrack pochodzi od słowa indukcyjność lub induktor ; urządzenie elektryczne wykonane z pętli drutu. Gdy układ magnesów Halbacha przechodzi przez pętle drutu, sinusoidalne zmiany pola indukują napięcie w cewkach toru. Przy niskich prędkościach pętle są w dużej mierze impedancją rezystancyjną, a zatem indukowane prądy są najwyższe tam, gdzie pole zmienia się najszybciej, czyli wokół najmniej intensywnych części pola, a zatem wytwarzana jest niewielka siła nośna.

Jednak przy prędkości impedancja cewek wzrasta proporcjonalnie do prędkości i dominuje w złożonej impedancji zespołów cewek. Opóźnia to fazę piku prądu, tak że prąd indukowany w ścieżce ma tendencję do bliższego pokrywania się ze szczytami pola układu magnesów. W ten sposób tor tworzy własne pole magnetyczne, które wyrównuje się z magnesami trwałymi i odpycha je, tworząc efekt lewitacji. Tor jest dobrze wymodelowany jako tablica obwodów szeregowych RL .

Gdy stosowane są magnesy trwałe neodymowo-żelazowo-borowe , lewitację uzyskuje się przy niskich prędkościach. Model testowy lewitował przy prędkościach powyżej 22 mil na godzinę (35 km/h), ale Richard Post uważa, że ​​na prawdziwych torach lewitację można osiągnąć przy „zaledwie od 1 do 2 mil na godzinę (1,6 do 3,2 km/h) ”. [ potrzebne źródło ] Poniżej prędkości przejścia opór magnetyczny wzrasta wraz z prędkością pojazdu; powyżej prędkości przejścia opór magnetyczny maleje wraz z prędkością. Na przykład przy 500 km/h (310 mil/h) stosunek siły nośnej do oporu powietrza wynosi 200:1, znacznie więcej niż jakikolwiek samolot, ale znacznie mniej niż klasyczna stal na stalowej szynie, która osiąga 1000:1 ( opór toczenia ). Dzieje się tak, ponieważ impedancja indukcyjna wzrasta proporcjonalnie do prędkości, co kompensuje szybsze tempo zmian pola widzianego przez cewki, zapewniając w ten sposób stały przepływ prądu i zużycie energii podczas lewitacji.

Odmiana Inductrack II wykorzystuje dwa układy Halbacha, jeden nad i jeden pod torem, aby podwoić pole magnetyczne bez znacznego zwiększania masy lub powierzchni układów, jednocześnie zmniejszając opór przy niskich prędkościach.

Kilka propozycji kolei maglev opiera się na technologii Inductrack. Amerykańska Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) rozważa również zastosowanie technologii Inductrack do wystrzeliwania samolotów kosmicznych.

General Atomics rozwija technologię Inductrack we współpracy z wieloma partnerami badawczymi.

Ewolucja InducTrack

W zależności od zastosowania preferowany jest stosunek siły nośnej do oporu powietrza przy małej lub większej prędkości. Trzy warianty Inductrack są przeznaczone do różnych celów. Inductrack I został zaprojektowany dla pociągów dużych prędkości. Stosunek siły nośnej do oporu spada, a prędkość wzrasta. Inductrack II ma większe możliwości lewitacji przy stosunkowo niskiej prędkości do użytku w transporcie indywidualnym ( PRT ) lub miejskim i wykorzystuje tor wspornikowy. InducTrack III jest przeznaczony do dużych obciążeń i ładunków z torem tylko częściowo wspornikowym, aby wytrzymać duże obciążenia.

Tłumienie

Nie ma aktywnego tłumienia, a tłumienie zapewnia tylko geometria toru. Testy wykazały, że występują oscylacje o niskiej częstotliwości (1 Hz) i wydano patent USA na mechaniczne tłumienie samego toru (na Inductrack II) (7478598). Tor jest cięty na segmenty, a każdy segment jest amortyzowany mechanicznie.

Aplikacje

Hyperloop Transportation Technologies ogłosiło w marcu 2016 r., że będzie używać pasywnych systemów Inductrack w swoim tytułowym Hyperloop .

Linki zewnętrzne

Patenty

  • Patent US 5722326 , Post, Richard F., „System lewitacji magnetycznej dla poruszających się obiektów”, wydany 03.03.1998  
  • Patent US 6664880 , Post, Richard Freeman, „Konfiguracja magnesu Inductrack”, wydany 16.12.2003  
  • Patent USA 6758146 , Post, Richard F., „Laminated track design for inductrack maglev systems”, wydany 2004-07-06  
  • Patent USA 6816052 , Ziegler, Edward, „Projekt szczebli gąsienicowych i listew zwarciowych dla miejskiego szyny indukcyjnej Maglev i sposób jej wykonania”, wydany 09.11.2004  
  • Patent USA 7478598 , Post, Richard F., „Środki tłumienia oscylacji dla systemów lewitujących magnetycznie”, wydany 14.06.2007  
  • Patent USA 7096794 , Post, Richard Freeman, „Konfiguracja Inductrack”, wydany 29.08.2006  
  • Patent USA 6393993 , Reese, Eugene A., „System przełączania tranzytu dla pojazdów jednoszynowych”, wydany 28.05.2002  
  • Patent US 8578860 , Post, Richard F., „Konfiguracja Inductrack III - system maglev do dużych obciążeń”, wydany 12.11.2013  
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Inductrack&oldid=1088714530 ”