Wat is een homopolaire motor?

Een homopolaire motor is een apparaat dat een magnetisch veld en een directe elektrische stroom (DC) omzet. De hoofdonderdelen zijn een permanente magneet met een aangrenzende metalen schijf en as; homopolair betekent dat slechts één pool of zijkant van de magneet zich naast de rotor bevindt. Gelijkstroom wordt op de schijf aangelegd en roteert als gevolg van de effecten van de stroom die door het magnetische veld stroomt. Wetenschapper Michael Faraday demonstreerde het effect voor het eerst in 1821 met een draad die rond een magneet draaide in een kwikbad.

Elektriciteit kan ook worden gegenereerd door een homopolaire motor, die werkt als een generator door de metalen schijf door het magnetische veld te roteren. De roterende schijf genereert een gelijkstroom die in een batterij kan worden opgeslagen. Hoewel dit principe niet praktisch is voor grote generatievoorzieningen, kan een enkelpolige generator nuttig zijn wanneer gelijkstroom nodig is.

Een andere variant van de homopolaire motor was het wiel van Barlow. Wiskundige Peter Barlow ontwikkelde het wiel in 1822 om het Faraday-effect aan te tonen. Het wiel van Barlow maakt gebruik van een roterende metalen schijf verbonden met een batterij en opgehangen boven een bak of trog van kwik omringd door een permanente magneet. Wanneer de roterende schijf in het kwik wordt neergelaten en een elektrisch circuit is voltooid, werkt de stroom samen met het magnetische veld en draait het wiel.

Een voordeel van enkelpolige motortechnologie is een vermindering van onderdelen. Motoren met een draadspoelstator en rotor moeten ook een commutator gebruiken voor een goede werking. Een commutator is een apparaat dat de motorpolariteit omkeert wanneer de rotor draait. Dit is noodzakelijk omdat de rotor van positie verandert in het magnetische veld van de motor en de polariteitsverandering nodig is om koppel of rotatiekracht te verschaffen.

Er zijn verschillende praktische toepassingen voor een homopolaire motor. Scheepsaandrijving begon deze motoren in de 20e eeuw te gebruiken, met elektrische aandrijvingen die dieselmotoren vervangen die verbonden zijn met aandrijfassen die door de scheepsromp gaan. Elektrische generatoren kunnen DC-stroom produceren voor systemen die rechtstreeks op propellers zijn aangesloten.

Vanaf het begin van de 21e eeuw werden elektrische aandrijvingen geïnstalleerd in roterende pods onder de kiel van een schip die in elke richting stuwkracht kunnen bieden. Deze technologie zorgt voor een goede voortstuwingsefficiëntie en biedt uitstekende scheepscontrole voor het aanmeren en manoeuvreren. De pods kunnen worden bediend vanaf de brug van een schip met een joystick en elimineren aandrijfassen met hun onderhoud en mogelijke lekkageproblemen.

Een technologie die sinds 1700 in verschillende apparaten is bestudeerd, is lineaire versnelling, bij de wapenontwikkeling bekend als een railkanon. Lineaire versnellers profiteren van de motorprincipes van Faraday door een dubbele rail van stroom te voorzien. Een metalen slee of projectiel rust op de rails, waarbij de stroom door de slee van de ene rail naar de andere gaat. Het resulterende effect is een homopolaire motor. In plaats van te roteren, wordt de slee of het projectiel echter met toenemende snelheden langs de rail voortgestuwd.