Поглед на различните достапни линеарни мотори и како да го изберете оптималниот тип за вашата апликација.
Следната статија е преглед на различните типови на линеарни мотори кои се достапни, вклучувајќи ги нивните принципи на работа, историја на развој на постојани магнети, методи на дизајнирање за линеарни мотори и индустриски сектори кои користат секој тип на линеарни мотори.
Технологијата на линеарни мотори може да биде: Линеарни индукциски мотори (LIM) или Линеарни синхрони мотори со постојан магнет (PMLSM).PMLSM може да биде железно јадро или без железо.Сите мотори се достапни во рамна или тубуларна конфигурација.Hiwin е во првите редови во дизајнот и производството на линеарни мотори веќе 20 години.
Предности на линеарни мотори
Линеарен мотор се користи за да обезбеди линеарно движење, т.е. поместување на дадена носивост со диктирано забрзување, брзина, растојание на патување и точност.Сите технологии за движење, освен со линеарен мотор, се некој вид механички погон за претворање на ротационото движење во линеарно движење.Ваквите системи за движење се придвижуваат со топчести завртки, ремени или багажник и пинион.Животниот век на сите овие погони е многу зависен од абењето на механичките компоненти што се користат за претворање на ротационото движење во линеарно движење и е релативно краток.
Главната предност на линеарните мотори е да обезбедат линеарно движење без механички систем бидејќи воздухот е медиум за пренос, затоа линеарните мотори се во суштина погони без триење, обезбедувајќи теоретски неограничен работен век.Бидејќи не се користат механички делови за да се произведе линеарно движење, можни се брзини со многу големи забрзувања каде што другите погони, како што се топчестите завртки, ремени или решетката и шипката, ќе наидат на сериозни ограничувања.
Линеарни индукциски мотори
Слика 1
Линеарниот индукциски мотор (LIM) беше првиот измислен (американски патент 782312 – Алфред Зехден во 1905 година).Се состои од „примарна“ составена од куп електрични челични ламинации и мноштво бакарни намотки напојувани од трифазен напон и „секундарна“ генерално составена од челична плоча и бакарна или алуминиумска плоча.
Кога примарните намотки се под напон, секундарните се магнетизираат и се формира поле од вртложни струи во секундарниот проводник.Ова секундарно поле потоа ќе комуницира со примарниот заден EMF за да генерира сила.Насоката на движење ќе го следи правилото за левата рака на Флеминг, т.е.насоката на движење ќе биде нормална на насоката на струјата и насоката на полето / флуксот.
Слика 2
Линеарните асинхрони мотори нудат предност од многу ниска цена бидејќи секундарниот не користи никакви постојани магнети.Постојаните магнети NdFeB и SmCo се многу скапи.Линеарните индукциски мотори користат многу вообичаени материјали (челик, алуминиум, бакар) за нивно секундарно и го елиминираат овој ризик од снабдување.
Сепак, недостатокот на користење на линеарни индукциски мотори е достапноста на погони за такви мотори.Иако е многу лесно да се најдат погони за линеарни мотори со постојан магнет, многу е тешко да се најдат погони за линеарни асинхрони мотори.
Слика 3
Линеарни синхрони мотори со постојан магнет
Линеарните синхрони мотори со постојан магнет (PMLSM) имаат суштински исти основни како и линеарните асинхрони мотори (т.е. збир на намотки монтирани на куп електрични челични ламинации и управувани од трифазен напон).Секундарното се разликува.
Наместо плоча од алуминиум или бакар монтирана на челична плоча, секундарната е составена од постојани магнети монтирани на челична плоча.Насоката на магнетизација на секој магнет ќе се менува во однос на претходната како што е прикажано на сл. 3.
Очигледната предност на користењето на постојани магнети е да се создаде постојано поле во секундарното.Видовме дека силата се генерира на асинхрон мотор од интеракцијата на примарното поле и секундарното поле кое е достапно само откако ќе се создаде поле со вртложни струи во секундарното низ воздушниот јаз на моторот.Ова ќе резултира со доцнење наречено „лизгање“ и движење на секундарното кое не е синхронизирано со примарниот напон доставен до примарниот.
Поради оваа причина, индукционите линеарни мотори се нарекуваат „асинхрони“.На линеарен мотор со постојан магнет, секундарното движење секогаш ќе биде синхронизирано со примарниот напон бидејќи секундарното поле е секогаш достапно и без никакво одлагање.Поради оваа причина, постојаните линеарни мотори се нарекуваат „синхрони“.
На PMLSM може да се користат различни типови на постојани магнети.Во текот на последните 120 години, односот на секој материјал се промени.Од денес, PMLSM користат или NdFeB магнети или магнети SmCo, но огромното мнозинство користат магнети NdFeB.Сл. 4 ја прикажува историјата на развојот на постојан магнет.
Слика 4
Јачината на магнетот се карактеризира со неговиот енергетски производ во Megagauss-Oersteds, (MGOe).До средината на осумдесеттите, само Steel, Ferrite и Alnico беа достапни и испорачуваат производи со многу ниска енергија.SmCo магнетите беа развиени во раните 1960-ти врз основа на работата на Карл Стрнат и Алден Реј, а подоцна беа комерцијализирани во доцните шеесетти.
Слика 5
Енергетскиот производ на магнетите SmCo првично беше повеќе од двојно од енергетскиот производ на магнетите Alnico.Во 1984 година General Motors и Sumitomo независно развија NdFeB магнети, соединение од неодиниум, железо и бор.Споредба на магнетите SmCo и NdFeB е прикажана на сл. 5.
NdFeB магнетите развиваат многу поголема сила од магнетите SmCo, но се многу почувствителни на високи температури.SmCo магнетите се исто така многу поотпорни на корозија и ниски температури, но се поскапи.Кога работната температура ќе ја достигне максималната температура на магнетот, магнетот почнува да се демагнетизира и оваа демагнетизација е неповратна.Магнетизацијата што ја губи магнетот ќе предизвика моторот да изгуби сила и да не може да ги исполни спецификациите.Ако магнетот работи под максималната температура 100% од времето, неговата сила ќе се зачува речиси на неодредено време.
Поради повисоката цена на магнетите SmCo, магнетите NdFeB се вистинскиот избор за повеќето мотори, особено со оглед на поголемата достапна сила.Меѓутоа, за некои апликации каде работната температура може да биде многу висока, се претпочита да се користат магнети SmCo за да се држите подалеку од максималната работна температура.
Дизајн на линеарни мотори
Линеарен мотор е генерално дизајниран преку електромагнетна симулација на конечни елементи.Ќе биде создаден 3Д модел кој ќе го претставува оџакот за ламинација, намотките, магнетите и челичната плоча што ги поддржува магнетите.Воздухот ќе се моделира околу моторот, како и во воздушниот јаз.Потоа ќе бидат внесени својствата на материјалите за сите компоненти: магнети, електричен челик, челик, намотки и воздух.Потоа ќе се создаде мрежа користејќи H или P елементи и моделот ќе се реши.Потоа струјата се применува на секоја намотка во моделот.
Сл. 6 го прикажува излезот од симулација каде што е прикажан флуксот во тесла.Главната излезна вредност од интерес за симулацијата е секако Моторна сила и ќе биде достапна.Бидејќи крајните вртења на намотките не произведуваат никаква сила, можно е да се изврши и 2D симулација со користење на 2D модел (DXF или друг формат) на моторот, вклучувајќи ламинации, магнети и челична плоча што ги поддржува магнетите.Излезот од таквата 2D симулација ќе биде многу блиску до 3D симулацијата и доволно прецизен за да се процени силата на моторот.
Слика 6
Линеарниот индукциски мотор ќе се моделира на ист начин, или преку 3D или 2D модел, но решавањето ќе биде покомплицирано отколку за PMLSM.Ова е затоа што магнетниот флукс на секундарниот PMLSM ќе се моделира веднаш по внесувањето на својствата на магнетите, па затоа ќе биде потребен само еден раствор за да се добијат сите излезни вредности вклучувајќи ја и моторната сила.
Меѓутоа, секундарниот флукс на индукциониот мотор ќе бара минлива анализа (што значи неколку решавања во даден временски интервал) за да може да се изгради магнетниот тек на секундарниот LIM и само тогаш да се добие силата.Софтверот што се користи за симулација на електромагнетни конечни елементи ќе треба да има способност да изврши минлива анализа.
Линеарна моторна сцена
Слика 7
Hiwin Corporation испорачува линеарни мотори на ниво на компоненти.Во овој случај, ќе бидат испорачани само линеарниот мотор и секундарните модули.За PMLSM мотор, секундарните модули ќе се состојат од челични плочи со различни должини на кои ќе се склопат постојани магнети.Hiwin Corporation исто така обезбедува комплетни фази како што е прикажано на слика 7.
Таквата фаза вклучува рамка, линеарни лежишта, примарниот мотор, секундарните магнети, кочија за клиентот да го прикачи својот товар, енкодерот и кабелската патека.Линеарната моторна сцена ќе биде подготвена да започне по испораката и ќе го олесни животот затоа што клиентот нема да има потреба да дизајнира и изработува сцена, за што е потребно стручно знаење.
Работен век на линеарна моторна сцена
Животниот век на линеарна моторна етапа е значително подолг од сцената управувана со ремен, топчест шраф или багажник и пинион.Механичките компоненти на индиректно управуваните фази се вообичаено првите компоненти што откажуваат поради триењето и абењето на кои се постојано изложени.Линеарната моторна етапа е директен погон без механички контакт или абење бидејќи медиумот за пренос е воздух.Затоа, единствените компоненти што можат да откажат на линеарната моторна сцена се линеарните лежишта или самиот мотор.
Линеарните лежишта обично имаат многу долг работен век бидејќи радијалното оптоварување е многу мало.Работниот век на моторот ќе зависи од просечната работна температура.Слика 8 го прикажува животниот век на изолацијата на моторот како функција на температурата.Правилото е дека работниот век ќе се преполови на секои 10 степени Целзиусови кога работната температура е над номиналната температура.На пример, класата на изолација на моторот F ќе работи 325.000 часа на просечна температура од 120°C.
Според тоа, се предвидува дека линеарната моторна етапа ќе има работен век од 50+ години ако моторот се избере конзервативно, работен век што никогаш не може да се постигне со ремен, топчест шраф или стадиуми со погон на багажник и шип.
Слика 8
Апликации за линеарни мотори
Линеарните индукциски мотори (LIM) најчесто се користат во апликации со долга должина на патување и каде што е потребна многу голема сила во комбинација со многу големи брзини.Причината за избор на линеарен индукциски мотор е затоа што цената на секундарниот ќе биде значително пониска отколку кога се користи PMLSM и со многу голема брзина, ефикасноста на линеарниот индукциски мотор е многу висока, така што ќе се изгуби малку енергија.
На пример, EMALS (Електромагнетни системи за лансирање), кои се користат на носачите на авиони за лансирање авиони, користат линеарни индукциски мотори.Првиот таков линеарен моторен систем беше инсталиран на носачот на авиони USS Gerald R. Ford.Моторот може да забрза авион од 45.000 kg со 240 km/h на патека од 91 метар.
Друг пример за возење во забавен парк.Линеарните асинхрони мотори инсталирани на некои од овие системи можат да забрзаат многу високи носивост од 0 до 100 km/h за 3 секунди.Линеарните индукциски моторни фази може да се користат и на RTU, (Робот транспортни единици).Повеќето RTU користат погони со багажник и пинион, но линеарниот индукциски мотор може да понуди повисоки перформанси, пониска цена и многу подолг работен век.
Синхрони мотори со постојан магнет
PMLSM вообичаено ќе се користат за апликации со многу помали удари, помали брзини, но висока до многу висока точност и интензивни работни циклуси.Повеќето од овие апликации се наоѓаат во индустриите AOI (Автоматска оптичка инспекција), полупроводнички и ласерски машини.
Изборот на линеарни стадиуми со мотор, (директен погон), нуди значителни придобивки во однос на индиректните погони, (фази каде линеарното движење се добива со конвертирање на ротационото движење), за долготрајни дизајни и се погодни за многу индустрии.
Време на објавување: Февруари 06-2023