Inductrack es un sistema de levitación magnética electrodinámica pasiva y a prueba de fallas , que utiliza solo bucles de alambre sin alimentación en la pista e imanes permanentes (dispuestos en matrices Halbach ) en el vehículo para lograr la levitación magnética . La pista puede tener una de dos configuraciones, una "pista de escalera" y una "pista laminada". El riel de la escalera está hecho de cables de alambre Litz sin alimentación , y el riel laminado está hecho de láminas de cobre o aluminio apiladas.
Hay tres diseños: Inductrack I, que está optimizado para operaciones a alta velocidad, Inductrack II, que es más eficiente a velocidades más bajas, e Inductrack III, que está diseñado para cargas pesadas a baja velocidad.
Inductrack (o Inductrak) fue inventado por un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California , encabezado por el físico Richard F. Post , para su uso en trenes de levitación magnética , basado en la tecnología utilizada para hacer levitar volantes. [1] [2] [3] A velocidad constante, se requiere energía solo para empujar el tren hacia adelante contra el aire y la resistencia electromagnética . Por encima de una velocidad mínima, a medida que aumenta la velocidad del tren, el espacio de levitación, la fuerza de sustentación y la potencia utilizada son en gran parte constantes. El sistema puede levantar 50 veces el peso del imán.
Descripción
El nombre inductrack proviene de la palabra inductancia o inductor ; un dispositivo eléctrico hecho de bucles de alambre. Cuando una matriz de imanes Halbach pasa sobre los bucles de alambre, las variaciones sinusoidales en el campo inducen un voltaje en las bobinas de la pista. A velocidades bajas, los bucles son una impedancia en gran parte resistiva y, por lo tanto, las corrientes inducidas son más altas donde el campo cambia más rápidamente, que es alrededor de las partes menos intensas del campo, por lo que se produce poca elevación.
Sin embargo, a velocidad, la impedancia de las bobinas aumenta, proporcionalmente a la velocidad, y domina la impedancia compuesta de los conjuntos de bobinas. Esto retrasa la fase del pico de corriente de modo que la corriente inducida en la pista tiende a coincidir más estrechamente con los picos de campo de la matriz de imanes. La pista crea así su propio campo magnético que se alinea con los imanes permanentes y los repele, creando el efecto de levitación. [1] La pista está bien modelada como una matriz de circuitos en serie RL .
Cuando se utilizan imanes permanentes de neodimio-hierro-boro , la levitación se logra a bajas velocidades. El modelo de prueba levitaba a velocidades superiores a 35 km / h (22 mph), pero Richard Post cree que, en pistas reales, la levitación podría lograrse a " tan solo 1 a 2 mph (1,6 a 3,2 km / h) ". [ cita requerida ] Por debajo de la velocidad de transición, la resistencia magnética aumenta con la velocidad del vehículo; por encima de la velocidad de transición, el arrastre magnético De pliegues con la velocidad. [4] Por ejemplo, a 500 km / h (310 mph) la relación de sustentación y arrastre es de 200: 1, [5] mucho más alta que la de cualquier avión, pero mucho más baja que el acero clásico sobre riel de acero que alcanza 1000: 1 ( resistencia a la rodadura ). Esto ocurre porque la impedancia inductiva aumenta proporcionalmente con la velocidad, lo que compensa la velocidad de cambio más rápida del campo visto por las bobinas, lo que proporciona un flujo de corriente y un consumo de energía constantes para la levitación.
La variación de Inductrack II utiliza dos matrices Halbach, una encima y otra debajo de la pista, para duplicar el campo magnético sin aumentar sustancialmente el peso o el área de las matrices, al tiempo que reduce la resistencia a bajas velocidades. [6]
Varias propuestas de ferrocarriles de levitación magnética se basan en la tecnología Inductrack. La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de los Estados Unidos también está considerando la tecnología Inductrack para el lanzamiento de aviones espaciales. [7]
General Atomics está desarrollando la tecnología Inductrack en cooperación con múltiples socios de investigación.
Evolución de InducTrack
Dependiendo de la aplicación, se favorece la relación elevación / arrastre a baja velocidad o velocidad más alta. Las tres variaciones de Inductrack están diseñadas para diferentes propósitos. El Inductrack I fue diseñado para trenes de alta velocidad. La relación de elevación y arrastre está disminuyendo mientras aumenta la velocidad. El Inductrack II tiene más capacidades de levitación a una velocidad relativamente baja para su uso en transporte individual ( PRT ) o urbano y utiliza una pista en voladizo. El InducTrack III está diseñado para cargas elevadas y carga con orugas solo parcialmente en voladizo para soportar cargas elevadas.
Mojadura
No hay amortiguación activa y la amortiguación solo la proporciona la geometría de la pista. Las pruebas han demostrado que se producen oscilaciones de baja frecuencia (1 Hz) y se emitió una patente estadounidense para amortiguar mecánicamente la propia pista (en Inductrack II) (7478598). La pista se corta en segmentos y cada segmento se amortigua mecánicamente.
Aplicaciones
Hyperloop Transportation Technologies anunció en marzo de 2016 que utilizarían sistemas pasivos Inductrack para su Hyperloop titular . [8] [9]
Referencias
- ^ a b " Un nuevo enfoque para trenes que levitan magnéticamente y cohetes " . llnl.gov . Consultado el 7 de septiembre de 2009 .
- ^ Richard F. Post (enero de 2000). "MagLev: un nuevo enfoque" . Scientific American . Archivado desde el original el 9 de marzo de 2005.
- ^ Richard F. Post. " El enfoque de Inductrack a la levitación magnética " (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 7 de julio de 2011 . Consultado el 17 de abril de 2010 .
- ^ Track to the future: Maglev Trains on Permanent Magnets Archivado el 27 de marzo de 2014 en Wayback Machine - Scott R. Gourley - Popular Mechanics
- ^ En "MagLev: Un nuevo enfoque", arriba, sección sobre "El problema de la eficiencia" Archivado el 21 de agosto de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ Hacia un transporte más eficiente: el sistema Inductrack Maglev - Presentado por Richard F. Post, 10 de octubre de 2005
- ^ AIP: Halbach Arrays Enter the Maglev Race (PDF) , archivado desde el original (PDF) el 6 de julio de 2008 , consultado el 22 de octubre de 2015
- ^ AIP: Hyperloop Transportation Technologies, Inc. Reveals Hyperloop ™ Levitation System , consultado el 9 de mayo de 2016
- ^ "Hyperloop aprovecha la investigación del gobierno para flotar vainas" . Engadget . AOL . Consultado el 11 de mayo de 2016 .
enlaces externos
- General Atomics, Urban Maglev ( obtenido el 28 de mayo de 2013)
- Laboratorios Nacionales Lawrence Livermore: Contribuciones de Richard Post
- Artículo de S&TR sobre Inductrack
- Artículos de prensa e informes técnicos sobre Inductrack, 1998 a 2005
- Sistema de transporte de carga eléctrico con Inductrack, General Atomics, Informe final, octubre de 2006
- El Maglevboard internacional
- El sistema Inductrack Maglev, presentación el 10 de octubre de 2005
Patentes
- Patente de EE.UU. 5722326 , Post, Richard F., "Sistema de levitación magnética para objetos en movimiento", expedida el 3 de marzo de 1998
- Patente estadounidense 6664880 , Post, Richard Freeman, "Configuración del imán Inductrack", expedida el 16 de diciembre de 2003
- Patente de EE. UU . 6758146 , Post, Richard F., "Diseño de riel laminado para sistemas de levitación magnética inductrack", emitida 2004-07-06
- Patente de EE. UU . 6816052 , Ziegler, Edward, "Track litz peldaños y diseño de barra de cortocircuito para inductrack de levitación magnética urbana y método para hacer lo mismo", emitida 2004-11-09
- Patente de EE.UU. 7478598 , Post, Richard F., "Medios de amortiguación de oscilación para sistemas de levitación magnética", emitida el 14 de junio de 2007
- Patente de EE. UU . 7096794 , Post, Richard Freeman, "Configuración de Inductrack", emitida el 29 de agosto de 2006
- Patente estadounidense 6393993 , Reese, Eugene A., "Sistema de conmutación de tránsito para vehículos monorraíl", expedida el 28 de mayo de 2002
- Patente estadounidense 8578860 , Post, Richard F., "Configuración de Inductrack III: un sistema de levitación magnética para cargas elevadas", emitida el 12 de noviembre de 2013