Apskatiet dažādus pieejamos lineāros motorus un to, kā izvēlēties optimālo veidu savam lietojumam.
Nākamajā rakstā ir sniegts pārskats par dažādiem pieejamajiem lineāro motoru veidiem, tostarp to darbības principiem, pastāvīgo magnētu attīstības vēsturi, lineāro motoru projektēšanas metodēm un rūpniecības nozarēm, kurās izmanto katru lineāro motoru veidu.
Lineāro motoru tehnoloģija var būt: lineārie indukcijas motori (LIM) vai pastāvīgā magnēta lineārie sinhronie motori (PMLSM).PMLSM var būt dzelzs kodols vai bez dzelzs.Visi motori ir pieejami plakanā vai cauruļveida konfigurācijā.Hiwin ir bijis lineāro motoru projektēšanas un ražošanas priekšgalā 20 gadus.
Lineāro motoru priekšrocības
Lineārais motors tiek izmantots, lai nodrošinātu lineāru kustību, ti, pārvietotu noteiktu lietderīgo kravu ar noteiktu paātrinājumu, ātrumu, pārvietošanās attālumu un precizitāti.Visas kustības tehnoloģijas, izņemot lineāro motoru, ir sava veida mehāniskās piedziņas, lai rotācijas kustību pārvērstu lineārā kustībā.Šādas kustības sistēmas darbina ar lodīšu skrūvēm, siksnām vai zobratu un zobratu.Visu šo piedziņu kalpošanas laiks ir ļoti atkarīgs no mehānisko komponentu nodiluma, ko izmanto, lai rotācijas kustību pārvērstu lineārā kustībā, un tas ir salīdzinoši īss.
Lineāro motoru galvenā priekšrocība ir nodrošināt lineāru kustību bez mehāniskas sistēmas, jo gaiss ir transmisijas vide, tāpēc lineārie motori būtībā ir bezberzes piedziņas, kas nodrošina teorētiski neierobežotu kalpošanas laiku.Tā kā lineāras kustības radīšanai netiek izmantotas mehāniskas detaļas, ir iespējami ļoti lieli paātrinājumi un ātrumi, kur citi piedziņas elementi, piemēram, lodīšu skrūves, siksnas vai zobrats un zobrati saskarsies ar nopietniem ierobežojumiem.
Lineārie indukcijas motori
1. att
Lineārais indukcijas motors (LIM) tika izgudrots pirmais (ASV patents 782312 – Alfrēds Zedens 1905. gadā).Tas sastāv no “primārās”, kas sastāv no elektrotērauda laminātu kaudzes un daudzām vara spolēm, kuras baro ar trīsfāzu spriegumu, un “sekundārās”, kas parasti sastāv no tērauda plāksnes un vara vai alumīnija plāksnes.
Kad primārās spoles tiek iedarbinātas, sekundārā tiek magnetizēta un sekundārajā vadītājā veidojas virpuļstrāvas lauks.Šis sekundārais lauks mijiedarbosies ar primāro aizmugurējo EML, lai radītu spēku.Kustības virziens sekos Fleminga kreisās rokas likumam, ti;kustības virziens būs perpendikulārs strāvas virzienam un lauka/plūsmas virzienam.
2. att
Lineārie indukcijas motori piedāvā ļoti zemu izmaksu priekšrocības, jo sekundārajā motorā netiek izmantoti pastāvīgie magnēti.NdFeB un SmCo pastāvīgie magnēti ir ļoti dārgi.Lineārie asinhronie motori izmanto ļoti izplatītus materiālus (tēraudu, alumīniju, varu) otrreizējai lietošanai un novērš šo piegādes risku.
Tomēr lineāro asinhrono motoru izmantošanas negatīvā puse ir piedziņu pieejamība šādiem motoriem.Lai gan pastāvīgā magnēta lineārajiem motoriem ir ļoti viegli atrast diskus, ir ļoti grūti atrast diskus lineārajiem asinhronajiem motoriem.
3. att
Pastāvīgā magnēta lineārie sinhronie motori
Pastāvīgo magnētu lineārajiem sinhronajiem motoriem (PMLSM) būtībā ir tāds pats primārais spēks kā lineārajiem asinhronajiem motoriem (ti, spoļu komplekts, kas uzmontēts uz elektrotērauda laminātu kaudzes un ko darbina trīsfāzu spriegums).Sekundārais atšķiras.
Alumīnija vai vara plāksnes vietā, kas uzstādīta uz tērauda plāksnes, sekundāro magnētu veido pastāvīgie magnēti, kas uzstādīti uz tērauda plāksnes.Katra magnēta magnetizācijas virziens mainīsies attiecībā pret iepriekšējo, kā parādīts 3. attēlā.
Pastāvīgo magnētu izmantošanas acīmredzamā priekšrocība ir pastāvīga lauka radīšana sekundārajā.Mēs esam redzējuši, ka spēks tiek ģenerēts uz asinhronā motora, mijiedarbojoties primārajam laukam un sekundārajam laukam, kas ir pieejams tikai pēc tam, kad sekundārajā caur motora gaisa spraugu ir izveidots virpuļstrāvas lauks.Tas radīs aizkavi, ko sauc par "slīdēšanu", un sekundārā kustība nav sinhronizēta ar primāro spriegumu, kas tiek piegādāts primārajam.
Šī iemesla dēļ indukcijas lineāros motorus sauc par "asinhroniem".Pastāvīgā magnēta lineārajam motoram sekundārā kustība vienmēr būs sinhronizēta ar primāro spriegumu, jo sekundārais lauks vienmēr ir pieejams un bez kavēšanās.Šī iemesla dēļ pastāvīgos lineāros motorus sauc par "sinhroniem".
PMLSM var izmantot dažāda veida pastāvīgos magnētus.Pēdējo 120 gadu laikā katra materiāla attiecība ir mainījusies.No šodienas PMLSM izmanto vai nu NdFeB magnētus, vai SmCo magnētus, bet lielākā daļa izmanto NdFeB magnētus.4. attēlā parādīta pastāvīgā magnēta attīstības vēsture.
4. att
Magnēta stiprumu raksturo tā enerģijas produkts Megagauss-Oersteds (MGOe).Līdz astoņdesmito gadu vidum bija pieejami tikai tērauds, ferīts un Alnico, kas piegādāja ļoti zemas enerģijas patēriņa produktus.SmCo magnēti tika izstrādāti 1960. gadu sākumā, pamatojoties uz Karla Strnata un Aldena Reja darbu, un vēlāk tika komercializēti sešdesmito gadu beigās.
5. att
SmCo magnētu enerģijas produkts sākotnēji bija vairāk nekā divas reizes lielāks nekā Alnico magnētu enerģijas produkts.1984. gadā General Motors un Sumitomo neatkarīgi izstrādāja NdFeB magnētus, neodīnija, dzelzs un bora savienojumu.SmCo un NdFeB magnētu salīdzinājums parādīts 5. att.
NdFeB magnēti attīsta daudz lielāku spēku nekā SmCo magnēti, bet ir daudz jutīgāki pret augstām temperatūrām.SmCo magnēti ir arī daudz izturīgāki pret koroziju un zemām temperatūrām, taču tie ir dārgāki.Kad darba temperatūra sasniedz magnēta maksimālo temperatūru, magnēts sāk demagnetizēties, un šī demagnetizācija ir neatgriezeniska.Ja magnēts zaudēs magnetizāciju, motors zaudēs spēku un nespēs atbilst specifikācijām.Ja magnēts darbojas zem maksimālās temperatūras 100% laika, tā stiprums tiks saglabāts gandrīz bezgalīgi.
Tā kā SmCo magnēti ir dārgāki, NdFeB magnēti ir pareizā izvēle lielākajai daļai motoru, jo īpaši ņemot vērā lielāku pieejamo spēku.Tomēr dažiem lietojumiem, kur darba temperatūra var būt ļoti augsta, ir vēlams izmantot SmCo magnētus, lai izvairītos no maksimālās darba temperatūras.
Lineāro motoru projektēšana
Lineārais motors parasti tiek konstruēts, izmantojot galīgo elementu elektromagnētisko simulāciju.Tiks izveidots 3D modelis, kas attēlo laminēšanas skursteni, spoles, magnētus un tērauda plāksni, kas atbalsta magnētus.Gaiss tiks modelēts ap motoru, kā arī gaisa spraugā.Tad materiālu īpašības tiks ievadītas visām sastāvdaļām: magnētiem, elektrotēraudam, tēraudam, spolēm un gaisam.Pēc tam tiks izveidots tīkls, izmantojot H vai P elementus, un modelis tiks atrisināts.Pēc tam katrai modeļa spolei tiek pielietota strāva.
6. attēlā ir parādīts simulācijas rezultāts, kurā tiek parādīta plūsma teslā.Galvenā simulācijas interesējošā izvades vērtība, protams, ir motora spēks, un tā būs pieejama.Tā kā spoļu gala pagriezieni nerada nekādu spēku, ir iespējams veikt arī 2D simulāciju, izmantojot motora 2D modeli (DXF vai citu formātu), ieskaitot laminējumus, magnētus un tērauda plāksni, kas atbalsta magnētus.Šādas 2D simulācijas rezultāts būs ļoti tuvu 3D simulācijai un pietiekami precīzs, lai novērtētu motora spēku.
6. att
Lineārais indukcijas motors tiks modelēts tādā pašā veidā, izmantojot 3D vai 2D modeli, taču atrisināšana būs sarežģītāka nekā PMLSM.Tas ir tāpēc, ka PMLSM sekundārā magnētiskā plūsma tiks modelēta uzreiz pēc magnētu īpašību ievadīšanas, tāpēc būs nepieciešams tikai viens risinājums, lai iegūtu visas izejas vērtības, ieskaitot motora spēku.
Tomēr asinhronā motora sekundārajai plūsmai būs nepieciešama pārejoša analīze (kas nozīmē vairākus risinājumus noteiktā laika intervālā), lai varētu izveidot LIM sekundāro magnētisko plūsmu un tikai tad iegūt spēku.Programmatūrai, kas tiek izmantota elektromagnētisko galīgo elementu simulācijai, ir jābūt iespējai palaist pārejošu analīzi.
Lineārā motora stadija
7. att
Hiwin Corporation piegādā lineāros motorus komponentu līmenī.Šajā gadījumā tiks piegādāts tikai lineārais motors un sekundārie moduļi.PMLSM motoram sekundārie moduļi sastāvēs no dažāda garuma tērauda plāksnēm, virs kurām tiks samontēti pastāvīgie magnēti.Hiwin Corporation piegādā arī pabeigtus posmus, kā parādīts 7. attēlā.
Šāds posms ietver rāmi, lineāros gultņus, motora primāro, sekundāros magnētus, karieti klientam, lai piestiprinātu savu kravnesību, kodētāju un kabeļa trasi.Lineārā motora stadija būs gatava iedarbināšanai pēc piegādes un atvieglos dzīvi, jo klientam nebūs jāprojektē un jāizgatavo posms, kam nepieciešamas ekspertu zināšanas.
Lineārā motora posma kalpošanas laiks
Lineārā motora posma kalpošanas laiks ir ievērojami ilgāks nekā posmam, ko darbina siksna, lodveida skrūve vai zobstieņa un zobrata darbība.Netiešās piedziņas posmu mehāniskās sastāvdaļas parasti ir pirmās, kas sabojājas berzes un nodiluma dēļ, kam tie ir pastāvīgi pakļauti.Lineārā motora stadija ir tieša piedziņa bez mehāniska kontakta vai nodiluma, jo pārraides vide ir gaiss.Tāpēc vienīgie komponenti, kas var sabojāt lineārā motora stadijā, ir lineārie gultņi vai pats motors.
Lineārajiem gultņiem parasti ir ļoti ilgs kalpošanas laiks, jo radiālā slodze ir ļoti zema.Motora kalpošanas laiks būs atkarīgs no vidējās darba temperatūras.8. attēlā parādīts motora izolācijas kalpošanas laiks kā temperatūras funkcija.Noteikums ir tāds, ka kalpošanas laiks tiks samazināts uz pusi par katriem 10 grādiem pēc Celsija, ja darba temperatūra pārsniedz nominālo temperatūru.Piemēram, motors Izolācijas klase F darbosies 325 000 stundas pie vidējās temperatūras 120°C.
Tāpēc ir paredzēts, ka lineārā motora posma kalpošanas laiks būs 50+ gadi, ja motors ir izvēlēts konservatīvi, un tas ir kalpošanas laiks, ko nekad nevar sasniegt ar siksnas, lodskrūves vai zobstieņa un zobrata piedziņas posmiem.
8. att
Pieteikumi lineārajiem motoriem
Lineāros asinhronos motorus (LIM) galvenokārt izmanto lietojumos ar lielu gājiena garumu un kur ir nepieciešams ļoti liels spēks apvienojumā ar ļoti lielu ātrumu.Lineārā indukcijas motora izvēles iemesls ir tas, ka sekundārās izmaksas būs ievērojami zemākas nekā tad, ja tiek izmantots PMLSM, un ļoti lielā ātrumā lineārā asinhronā motora efektivitāte ir ļoti augsta, tāpēc tiks zaudēta maz jaudas.
Piemēram, EMALS (elektromagnētiskās palaišanas sistēmas), ko izmanto gaisa kuģu pārvadātājiem lidmašīnu palaišanai, izmanto lineāros indukcijas motorus.Pirmā šāda lineārā motoru sistēma tika uzstādīta uz USS Gerald R. Ford lidmašīnas bāzes.Motors var paātrināt 45 000 kg smagu lidmašīnu ar ātrumu 240 km/h 91 metru garā trasē.
Vēl viens atrakciju parka braucienu piemērs.Dažās no šīm sistēmām uzstādītie lineārie asinhronie motori var paātrināt ļoti lielu lietderīgo slodzi no 0 līdz 100 km/h 3 sekundēs.Lineārās indukcijas motora pakāpes var izmantot arī RTU (Robot Transport Units).Lielākā daļa RTU izmanto zobstieņu un zobratu piedziņas, bet lineārais indukcijas motors var piedāvāt lielāku veiktspēju, zemākas izmaksas un daudz ilgāku kalpošanas laiku.
Pastāvīgo magnētu sinhronie motori
PMLSM parasti izmantos lietojumprogrammās ar daudz mazāku gājienu, mazāku ātrumu, bet no augstas līdz ļoti augstu precizitāti un intensīviem darba cikliem.Lielākā daļa šo lietojumu ir atrodami AOI (Automated Optical Inspection), pusvadītāju un lāzera iekārtu nozarēs.
Lineāro motoru darbināmu pakāpju izvēle (tiešā piedziņa) nodrošina ievērojamas veiktspējas priekšrocības salīdzinājumā ar netiešajām piedziņām (posmiem, kur lineāro kustību iegūst, pārveidojot rotācijas kustību), kas nodrošina ilgstošu dizainu un ir piemērotas daudzām nozarēm.
Publicēšanas laiks: 06.02.2023