Un moteur linéaire est un moteur électrique qui ne génère pas un mouvement de rotation mais un mouvement linéaire. Contrairement aux moteurs rotatifs, un moteur linéaire déplace l'élément le long d'un chemin linéaire ou courbe.
Le mode de fonctionnement le plus courant est celui d'un actionneur de type Lorentz. Dans ce mode, la force appliquée est linéairement proportionnelle au courant électrique et au champ magnétique.
Les moteurs linéaires sont divisés en deux grands groupes :
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Moteurs linéaires à faible accélération : utilisés dans le transport.
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Moteurs linéaires à haute accélération : utilisés dans les armes telles que le canon magnétique et les artefacts spatiaux.
Types de moteurs linéaires
Les moteurs linéaires peuvent être classés en quatre types différents :
1. Moteur à induction linéaire
Dans la conception des moteurs à induction linéaires, la force est produite en déplaçant un champ magnétique linéaire qui agit sur les conducteurs dans le champ. Des courants de Foucault seront induits dans tout conducteur placé dans ce champ.
Les conducteurs peuvent être, par exemple, un enroulement, une boucle ou simplement un morceau de métal. Ces courants de Foucault créent un champ magnétique opposé, tel que déterminé par la loi de Lenz. Les deux champs magnétiques opposés se repoussent, créant un mouvement lorsque le champ magnétique balaie le métal.
2. Moteurs linéaires synchrones
Les dispositifs électroniques sont généralement utilisés dans la conception de moteurs linéaires synchrones. Ces dispositifs contrôlent la vitesse de déplacement du champ magnétique pour réguler le mouvement du rotor.
Les moteurs linéaires synchrones utilisent rarement des commutateurs afin de réduire les coûts. Pour cette raison, le rotor contient souvent des aimants permanents ou un noyau en fer doux. Quelques exemples de ce type de moteurs sont les pistolets à bobine et les moteurs utilisés dans les systèmes Maglev .
3. Moteurs linéaires homopolaires
Dans les moteurs linéaires homopolaires, un courant élevé traverse un sabot métallique par des contacts glissants. Ces contacts sont alimentés par deux rails. Cette action produit un champ magnétique qui fait projeter le métal sur les rails.
4. Moteurs linéaires piézoélectriques
Un moteur piézoélectrique est un type courant de moteur qui utilise de l'électricité pour produire des vibrations d'une manière qui produit un mouvement linéaire ou rotatif.
Un mobile recrée un effet similaire lorsqu'il se déplace en raison des vibrations lors de la réception d'un appel.
Les moteurs piézoélectriques ont beaucoup de force dans les mouvements lents, mais ils peuvent aussi être très rapides, avoir très peu de pièces, n'ont pas besoin de lubrification et sont très économes en énergie. L'inconvénient est qu'ils ne peuvent pas tourner librement à l'arrêt.
Comment fonctionne un moteur linéaire ?
Les moteurs linéaires diffèrent des moteurs rotatifs en ce qu'un courant électrique circule dans la partie active qui se déplace. D'autre part, la partie qui reste immobile fournit un champ magnétique normalement créé par des aimants permanents.
Les entraînements linéaires n'ont pas besoin d'éléments de transmission tels que des chaînes, des courroies ou similaires. Par conséquent, un mouvement peut leur être implémenté directement et nous appelons ces moteurs des entraînements directs.
Ils sont divisés en 2 types :
Fonctionnement d'un moteur linéaire à faible accélération
Le fonctionnement de ce moteur implique la production d'un champ électromagnétique par une longue série d'enroulements qui s'activent en cascade, en relation avec l'objet à transporter.
Ce type de moteur est normalement utilisé dans les trains car ils offrent des performances élevées en n'ayant pas autant de surfaces de friction.
Fonctionnement d'un moteur linéaire à forte accélération
Ce type de moteur est utilisé pour développer des armes.
Dans le cas des railguns, il y a deux rails en matériau conducteur, sur lesquels une balle est fixée. Le tout est inséré à l'intérieur d'un puissant électro-aimant.
Lorsque le canon va tirer, il doit d'abord charger l'électricité à l'intérieur d'une grande pile de supercondensateurs et lorsque ceux-ci sont chargés, toute l'électricité est libérée à travers les rails et l'électroaimant du canon à feu.
Cela transforme la balle en conducteur qui ferme le circuit, cela produit un champ magnétique à l'intérieur qui s'oppose au champ électromagnétique du canon. De cette façon, la balle s'écoule dans la lumière de sortie avec une puissante accélération.
Exemples de moteurs linéaires
Ce système est utilisé dans les systèmes de transport à lévitation magnétique tels que le Shanghai Transrapid, dans les lignes de chemin de fer avec des roues métalliques conventionnelles, dans certains métros légers, tels que ceux de Vancouver, Toronto et Kuala Lumpur et pour l'AirTrain à l'aéroport JFK de New York. Il existe également quelques métros classiques comme la ligne Toei Oedo du métro de Tokyo.
Ce système est également utilisé dans certaines montagnes russes et a été proposé en exécution verticale comme ascenseur pour les puits miniers.