Een LIM of Linear Induction Motor is, zoals de naam al impliceert, een lineaire motor die gebruik maakt van het inductieprincipe om een voorstuwing te genereren. In tegenstelling tot een lancering met LSM’s wordt er hier geen gebruik gemaakt van permanente magneten, maar van een metalen reactieplaat. In huidige tijden is de LIM-lancering echter helemaal weggeconcurreerd door zijn broertje: de LSM-lancering. Hieronder bekijken we het werkingsprincipe van dit lanceringstype en de reden van zijn ondergang.
De LIM-lancering werd geïntroduceerd in 1996 met de twee Flight of Fear achtbanen in Kings Island en Kings Dominion. Destijds was dit lanceringstype hét paradepaardje van de Amerikaanse fabrikant Premier Rides. Over de jaren heen zijn er enkele tientallen LIM-gelanceerde achtbanen verschenen over heel de wereld, vooral geleverd door Premier Rides en het Zwitserse Intamin. De laatste installatie van een LIM-systeem gebeurde in 2013 in Walibi Belgium. Toen werd Psyké Underground nieuw leven ingeblazen en werd de vliegwiellancering vervangen door een LIM-systeem. Sindsdien is er geen enkele nieuwe LIM-achtbaan meer geproduceerd.
Linear Induction Motor
Een Linear Induction Motor (afgekort LIM) is als het ware een lineaire uitgerolde versie van een conventionele roterende inductiemotor. Zo’n krachtige wisselstroommotoren (AC-motoren) worden gebruikt in allerhande zware toepassingen, gaande van verscheidene industriële doeleinden tot liftmotoren. Die wisselstroom inductiemotoren zijn opgebouwd uit een stator en roterende gedeelte. Bij de lineaire motor wordt de benaming iets aangepast. Het primaire gedeelte, ook de stator genoemd, bestaat uit driefasige spoelen die vastgemaakt zijn op een stalen plaat, waarna ze ingekapseld zijn met epoxy: een vloeibare kunststof die uithardt tot een vast, doorschijnend hars. Het secundaire deel noemt men bij een lineaire inductiemotor meestal een reactieplaat: het is een sterk geleidende metalen plaat, meestal gefabriceerd uit aluminium of koper, die in sommige toepassingen aan een stalen backplate zijn vastgemaakt om meer krachten te kunnen opnemen.
Onderdelen
Welke onderdelen vinden we nu terug bij een LIM-lancering? Ten eerste zijn er uiteraard de LIM-stators zelf: het zijn grote witte modules die naast of op de baan zijn gemonteerd. Bij achtbanen worden steeds tweezijdige lineaire inductiemotoren gebruikt, de zogenaamde double-sides linear induction motor (DLIM of DSLIM). Daarbij zijn twee LIM-stators boven elkaar opgesteld. Daarnaast is het belangrijk op te merken dat bij deze toepassing de reactieplaat geen stalen backplate mag hebben. Ook de reactieplaten zijn duidelijk te onderscheiden op de achtbaantrein. Zo zijn ze afhankelijk van de achtbaanfabrikant en het type achtbaan duidelijk zichtbaar langs de zij-, boven- of onderkant van de trein. Er dient wel te allen tijde een airgap van enkele millimeters/centimeters onderhouden worden tussen de stators en de reactieplaat.
Werkingsprincipe
Het werkingsprincipe van een LIM-lancering is theoretisch redelijk eenvoudig. Zoals daarnet reeds aangehaald zijn de stators opgebouwd uit driefasige spoelen. Wanneer daar stroom doorloopt, produceren de motoren een bewegend magnetisch veld voorgesteld met een sinusgolf. Wanneer de reactieplaat vervolgens in dat magnetisch veld terechtkomt, induceert dat magnetisch veld zogenaamde Eddy Currents of wervelstromen.
De natuurkunde stelt wanneer een geleidend metaal object, hier de reactieplaat, in een magnetisch veld wordt gebracht, er wervelstromen of Eddy Currents door dat object vloeien. Die geïnduceerde wervelstromen produceren op hun beurt weer een ander magnetisch veld dat tegengesteld is aan het magnetisch veld van de stators. Daarnaast is er uiteraard nog de hoofdwet van het magnetisme die ons vertelt dat tegengestelde magnetische polen elkaar aantrekken.
Doordat de tegengestelde magnetische polen elkaar aantrekken, gaat de reactieplaat bewegen in de richting van het bewegend magnetisch veld. Let wel dat een lineaire inductiemotor een asynchrone motor is. Dat wil zeggen dat de reactieplaat en dus de achtbaantrein trager beweegt dan het bewegende magnetisch veld van de stators, wat in onderstaande reeks foto’s weergegeven is.
Voor- en nadelen: LSM vs LIM
Zoals hierboven reeds aangehaald, zijn een lancering met LSM’s en LIM’s redelijk gelijkaardig. Beide methodes zijn immers gebaseerd op de hoofdwet van het magnetisme: dat tegengestelde magnetische polen elkaar aantrekken. Het grootste verschil tussen beiden is uiteraard het feit dat een LIM geen gebruik maakt van permanente magneten, maar van een aluminium vin.
Een voordeel dat een LIM-principe heeft is het gewicht van de trein. Een reactieplaat uit aluminium heeft uiteraard een veel lagere massa dan zware permanente magneten die onderaan de trein hangen. Daardoor zou men kunnen stellen dat de lancering minder energie nodig heeft om een trein te lanceren dan een LSM-lancering. We gaan echter zien dat dit kleine effect eerder te verwaarlozen is als men kijkt naar het totale energieverbruik van een LIM-lancering.
Jammer genoeg is het niet enkel rozengeur en maneschijn bij een LIM-systeem. Zo werd daarnet aangehaald dat een lineaire inductiemotor een asynchrone motor is. De permanente magneten bij een linear synchronous motor bewegen immers aan dezelfde snelheid als het bewegende magnetisch veld. Bij een LIM daarentegen is dit niet het geval, de reactieplaat en daardoor ook de achtbaantrein gaat zich trager verplaatsen dan het bewegende magnetisch veld van de stators.
Dit is niet enkel nadelig bij het nauwkeurig afstellen van de lancering, maar dat aspect zien we ook in de efficiëntie en het energieverbruik van de lancering tegenover de LSM-lancering. Dat is in onderstaand voorbeeld uitgediept.
Voorbeeld-case: Psyké Underground
Het LIM-voorbeeld bij uitstek is Psyké Underground in Walibi Belgium. Deze werd in 2013 nieuw leven ingeblazen met een gloednieuwe trein en lanceringsmechanisme als substituut voor de verouderde vliegwiellancering, geleverd door het Duitse bedrijf Gerstlauer. Daarnet werd reeds aangehaald dat de efficiëntie van een LIM-lancering nogal aan de lage kant wordt verondersteld en dit gaan we nu bewijzen. De achtbaantrein van Psyké Underground heeft een massa van ongeveer 10 ton en de lancering bereikt een maximale snelheid van 85,3 km/h of 23,694 m/s over en tijdspanne van ongeveer 3 seconden.
Daarmee kunnen we het theoretische vermogen berekenen om de achtbaantrein te lanceren, wat resulteert in 935.711 Watt. Nu heeft het park zelf enkele statistieken vrijgegeven, waaronder het verbruik van de achtbaan geschat wordt op een gigantische 7 MW of 7.000.000 Watt. Wat resulteert in een efficiëntie van amper 13,5%. Het zal u dan zeker niet verwonderen dat alle fabrikanten zijn overstapt naar de meer efficiënte en makkelijker regelbare LSM-lanceringen.
Voor meer technische weetjes over de fascinerende achtbaanwereld kan u ook andere artikels in onze Coaster Engineering reeks ontdekken.
Visuals: Jasper Godeau
Bron: Walibi Belgium, rcdb.com, linearmotiontips.com,
Foto’s: Coasterandmore, duchessofdisneyland, Walibi Belgium
Voor extra informatie/aanvullingen/correcties: contacteer ons.
