Isang pagtingin sa iba't ibang linear na motor na magagamit at kung paano piliin ang pinakamainam na uri para sa iyong aplikasyon.
Ang sumusunod na artikulo ay isang pangkalahatang-ideya ng iba't ibang uri ng mga linear na motor na magagamit, kabilang ang kanilang mga prinsipyo ng pagpapatakbo, kasaysayan ng pagbuo ng mga permanenteng magnet, mga pamamaraan ng disenyo para sa mga linear na motor at mga sektor ng industriya gamit ang bawat uri ng linear na motor.
Ang Linear Motor Technology ay maaaring: Linear Induction Motors (LIM) o Permanent Magnet Linear Synchronous Motors (PMLSM).Ang PMLSM ay maaaring maging iron core o ironless.Ang lahat ng mga motor ay magagamit sa flat o tubular na pagsasaayos.Ang Hiwin ay nangunguna sa disenyo at pagmamanupaktura ng linear na motor sa loob ng 20 taon.
Mga Bentahe ng Linear Motors
Ang isang linear na motor ay ginagamit upang magbigay ng linear na paggalaw, ibig sabihin, paglipat ng isang ibinigay na kargamento sa isang idinidikta na acceleration, bilis, distansya ng paglalakbay at katumpakan.Ang lahat ng mga teknolohiya ng paggalaw maliban sa linear na motor na hinimok ay isang uri ng mekanikal na drive upang i-convert ang rotary motion sa linear na paggalaw.Ang ganitong mga sistema ng paggalaw ay hinihimok ng mga ball screw, sinturon o rack at pinion.Ang buhay ng serbisyo ng lahat ng mga drive na ito ay lubos na nakadepende sa pagsusuot ng mga mekanikal na bahagi na ginagamit upang i-convert ang rotary motion sa linear motion at medyo maikli.
Ang pangunahing bentahe ng mga linear na motor ay ang pagbibigay ng linear na paggalaw nang walang anumang mekanikal na sistema dahil ang hangin ay ang transmission medium, samakatuwid ang mga linear na motor ay mahalagang frictionless drive, na nagbibigay ng theoretically unlimited na buhay ng serbisyo.Dahil walang mekanikal na bahagi ang ginagamit upang makabuo ng linear na paggalaw, ang napakataas na acceleration ay posible ang mga bilis kung saan ang iba pang mga drive tulad ng mga ball screw, sinturon o rack at pinion ay makakaranas ng malubhang limitasyon.
Linear Induction Motors
Fig 1
Ang linear induction motor (LIM) ay ang unang naimbento (US patent 782312 - Alfred Zehden noong 1905).Binubuo ito ng isang "pangunahing" na binubuo ng isang stack ng mga electrical steel lamination at isang plurality ng copper coils na ibinibigay ng isang three-phase voltage at isang "secondary" na karaniwang binubuo ng isang steel plate at isang copper o aluminum plate.
Kapag ang mga pangunahing coils ay pinasigla ang pangalawa ay nagiging magnetized at isang larangan ng eddy currents ay nabuo sa pangalawang konduktor.Ang pangalawang field na ito ay makikipag-ugnayan sa primary back EMF upang makabuo ng puwersa.Ang direksyon ng paggalaw ay susunod sa kaliwang tuntunin ni Fleming ie;ang direksyon ng paggalaw ay magiging patayo sa direksyon ng kasalukuyang at direksyon ng field / flux.
Fig 2
Ang mga linear induction motor ay nag-aalok ng kalamangan ng napakababang gastos dahil ang pangalawa ay hindi gumagamit ng anumang permanenteng magnet.Ang mga permanenteng magnet ng NdFeB at SmCo ay napakamahal.Ang mga linear induction motor ay gumagamit ng napakakaraniwang materyales, (bakal, aluminyo, tanso), para sa kanilang pangalawang at inaalis ang panganib na ito ng supply.
Gayunpaman, ang downside ng paggamit ng linear induction motors ay ang pagkakaroon ng mga drive para sa naturang mga motor.Bagama't napakadaling makahanap ng mga drive para sa mga permanenteng magnet linear na motor, napakahirap maghanap ng mga drive para sa mga linear induction motor.
Fig 3
Permanenteng Magnet Linear Synchronous Motors
Ang permanenteng magnet linear synchronous motors (PMLSM) ay may mahalagang kaparehong pangunahin sa mga linear induction motors (ibig sabihin, isang set ng mga coils na naka-mount sa isang stack ng mga electrical steel lamination at hinihimok ng isang three-phase na boltahe).Ang pangalawa ay naiiba.
Sa halip na isang plato ng aluminyo o tanso na naka-mount sa isang plato ng bakal, ang pangalawa ay binubuo ng mga permanenteng magnet na naka-mount sa isang plato ng bakal.Ang direksyon ng magnetization ng bawat magnet ay magkakapalit na may kinalaman sa nauna gaya ng ipinapakita sa Fig. 3.
Ang halatang bentahe ng paggamit ng mga permanenteng magnet ay upang lumikha ng isang permanenteng larangan sa pangalawa.Nakita namin na ang puwersa ay nabuo sa isang induction motor sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng pangunahing patlang at ang pangalawang patlang na magagamit lamang pagkatapos ng isang larangan ng mga eddy na alon ay nalikha sa pangalawa sa pamamagitan ng airgap ng motor.Magreresulta ito sa isang pagkaantala na tinatawag na "slip" at isang paggalaw ng pangalawang hindi kasabay ng pangunahing boltahe na ibinibigay sa pangunahin.
Para sa kadahilanang ito, ang induction linear motors ay tinatawag na "asynchronous".Sa isang permanenteng magnet linear motor, ang pangalawang paggalaw ay palaging kasabay ng pangunahing boltahe dahil ang pangalawang field ay palaging magagamit at walang anumang pagkaantala.Para sa kadahilanang ito, ang mga permanenteng linear na motor ay tinatawag na "kasabay".
Iba't ibang uri ng permanenteng magnet ang maaaring gamitin sa isang PMLSM.Sa nakalipas na 120 taon, nagbago ang ratio ng bawat materyal.Sa ngayon, ang mga PMLSM ay gumagamit ng alinman sa NdFeB magnets o SmCo magnets ngunit ang karamihan ay gumagamit ng NdFeB magnets.Ipinapakita ng Fig. 4 ang kasaysayan ng Permanent magnet development.
Fig 4
Ang lakas ng magnet ay nailalarawan sa pamamagitan ng produktong enerhiya nito sa Megagauss-Oersteds, (MGOe).Hanggang mid-eighties tanging Steel, Ferrite at Alnico ang available at naghahatid ng napakababang mga produkto ng enerhiya.Ang mga magneto ng SmCo ay binuo noong unang bahagi ng 1960's batay sa gawa nina Karl Strnat at Alden Ray at kalaunan ay na-komersyal noong huling bahagi ng ikaanimnapung taon.
Fig 5
Ang produkto ng enerhiya ng mga magnet ng SmCo ay higit sa doble ng produkto ng enerhiya ng mga magnet ng Alnico.Noong 1984, ang General Motors at Sumitomo ay nakapag-iisa na bumuo ng mga NdFeB magnet, isang tambalan ng Neodynium, Iron at Boron.Ang paghahambing ng SmCo at NdFeB magnets ay ipinapakita sa Fig. 5.
Ang mga NdFeB magnet ay nagkakaroon ng mas mataas na puwersa kaysa sa mga SmCo magnet ngunit mas sensitibo sa mataas na temperatura.Ang mga magnet ng SmCo ay mas lumalaban din sa kaagnasan at mababang temperatura ngunit mas mahal.Kapag ang operating temperatura ay umabot sa pinakamataas na temperatura ng magnet ang magnet ay magsisimulang mag-demagnetize, at ang demagnetization na ito ay hindi maibabalik.Ang magnet na nawawalan ng magnetization ay magiging sanhi ng pagkawala ng puwersa ng motor at hindi matugunan ang mga detalye.Kung ang magnet ay nagpapatakbo sa ibaba ng pinakamataas na temperatura 100% ng oras, ang lakas nito ay mapapanatili nang halos walang katiyakan.
Dahil sa mas mataas na halaga ng mga SmCo magnet, ang mga NdFeB magnet ay ang tamang pagpipilian para sa karamihan ng mga motor, lalo na dahil sa mas mataas na puwersa na magagamit.Gayunpaman, para sa ilang mga aplikasyon kung saan ang temperatura ng pagpapatakbo ay maaaring maging napakataas, mas mainam na gumamit ng mga SmCo magnet upang lumayo sa pinakamataas na temperatura ng pagpapatakbo.
Disenyo ng mga Linear na motor
Ang isang linear na motor ay karaniwang idinisenyo sa pamamagitan ng Finite Element Electromagnetic Simulation.Isang 3D na modelo ang gagawin para kumatawan sa lamination stack, coils, magnet, at steel plate na sumusuporta sa mga magnet.Ang hangin ay imodelo sa paligid ng motor pati na rin sa airgap.Pagkatapos ay ipapasok ang mga katangian ng mga materyales para sa lahat ng mga bahagi: magnet, bakal, bakal, coils, at hangin.Ang isang mesh ay gagawin pagkatapos gamit ang H o P na mga elemento at ang modelo ay malulutas.Pagkatapos ay inilapat ang kasalukuyang sa bawat likid sa modelo.
Ipinapakita ng Fig. 6 ang output ng isang simulation kung saan ipinapakita ang flux sa tesla.Ang pangunahing halaga ng output ng interes para sa simulation ay siyempre Motor force at magiging available.Dahil ang mga dulong pagliko ng mga coil ay hindi gumagawa ng anumang puwersa, posible ring magpatakbo ng 2D simulation sa pamamagitan ng paggamit ng 2D na modelo (DXF o iba pang format) ng motor kabilang ang mga lamination, magnet, at steel plate na sumusuporta sa mga magnet.Ang output ng naturang 2D simulation ay magiging napakalapit sa 3D simulation at sapat na tumpak upang masuri ang puwersa ng motor.
Larawan 6
Ang isang linear induction motor ay imodelo sa parehong paraan, alinman sa pamamagitan ng isang 3D o 2D na modelo ngunit ang paglutas ay magiging mas kumplikado kaysa sa isang PMLSM.Ito ay dahil ang magnetic flux ng sekundaryong PMLSM ay imodelo kaagad pagkatapos na ipasok ang mga katangian ng magnet, samakatuwid isang solve lamang ang kinakailangan upang makuha ang lahat ng mga halaga ng output kabilang ang puwersa ng motor.
Gayunpaman, ang pangalawang pagkilos ng bagay ng induction motor ay mangangailangan ng isang lumilipas na pagsusuri (ibig sabihin, maraming mga solusyon sa isang naibigay na agwat ng oras) upang ang magnetic flux ng pangalawang LIM ay maaaring mabuo at pagkatapos lamang makuha ang puwersa.Ang software na ginamit para sa Electromagnetic Finite Element Simulation ay kailangang magkaroon ng kakayahang magpatakbo ng isang lumilipas na pagsusuri.
Yugto ng Linear Motor
Larawan 7
Ang Hiwin Corporation ay nagbibigay ng mga linear na motor sa antas ng bahagi.Sa kasong ito, ang linear na motor at ang pangalawang module lamang ang ihahatid.Para sa isang PMLSM na motor, ang mga pangalawang module ay bubuuin ng mga steel plate na may iba't ibang haba sa ibabaw kung saan ang mga permanenteng magnet ay bubuuin.Nagbibigay din ang Hiwin Corporation ng mga kumpletong yugto tulad ng ipinapakita sa Fig. 7.
Kasama sa naturang yugto ang isang frame, linear bearings, ang pangunahing motor, ang pangalawang magnet, isang karwahe para sa customer upang ikabit ang kanyang payload, ang encoder, at isang cable track.Ang isang linear motor stage ay magiging handa na magsimula sa paghahatid at gawing mas madali ang buhay dahil ang customer ay hindi na kailangang magdisenyo at gumawa ng isang yugto, na nangangailangan ng ekspertong kaalaman.
Buhay ng Serbisyo ng Linear Motor Stage
Ang buhay ng serbisyo ng isang linear motor stage ay mas mahaba kaysa sa isang stage na hinimok ng belt, ball screw o rack at pinion.Ang mga mekanikal na bahagi ng hindi direktang hinimok na mga yugto ay karaniwang ang mga unang bahagi na nabigo dahil sa alitan at pagsusuot na patuloy na nalalantad sa kanila.Ang linear motor stage ay isang direktang drive na walang mekanikal na contact o wear dahil ang transmission medium ay hangin.Samakatuwid, ang tanging mga sangkap na maaaring mabigo sa isang linear na yugto ng motor ay ang mga linear bearings o ang motor mismo.
Ang mga linear bearings ay karaniwang may napakahabang buhay ng serbisyo dahil ang radial load ay napakababa.Ang buhay ng serbisyo ng motor ay nakasalalay sa average na temperatura ng pagpapatakbo.Ipinapakita ng Figure 8 ang buhay ng pagkakabukod ng motor bilang isang function ng temperatura.Ang panuntunan ay ang buhay ng serbisyo ay hahahatiin sa kalahati para sa bawat 10 degrees Celsius na ang temperatura ng pagpapatakbo ay mas mataas sa na-rate na temperatura.Halimbawa, ang klase ng motor Insulation F ay tatakbo nang 325,000 oras sa average na temperatura na 120°C.
Samakatuwid, inaasahan na ang isang linear na yugto ng motor ay magkakaroon ng buhay ng serbisyo na 50+ taon kung ang motor ay pinili nang konserbatibo, isang buhay ng serbisyo na hindi kailanman makakamit sa pamamagitan ng belt, ball screw, o rack at pinion driven stages.
Larawan 8
Mga Aplikasyon para sa Linear Motors
Ang mga linear induction motors (LIM) ay kadalasang ginagamit sa mga application na may mahabang haba ng paglalakbay at kung saan kinakailangan ang napakataas na puwersa kasama ng napakataas na bilis.Ang dahilan para sa pagpili ng linear induction motor ay dahil ang gastos ng pangalawang ay magiging mas mababa kaysa sa kung gumagamit ng isang PMLSM at sa napakataas na bilis ang Linear Induction motor na kahusayan ay napakataas, kaya maliit na kapangyarihan ang mawawala.
Halimbawa, ang EMALS (Electromagnetic Launch Systems), na ginagamit sa mga carrier ng sasakyang panghimpapawid upang maglunsad ng mga sasakyang panghimpapawid ay gumagamit ng mga linear induction motor.Ang unang naturang linear motor system ay na-install sa USS Gerald R. Ford aircraft carrier.Ang motor ay maaaring mapabilis ang isang 45,000 kg na sasakyang panghimpapawid sa 240 km/h sa isang 91-meter track.
Isa pang halimbawa ng amusement park rides.Ang mga linear induction motor na naka-install sa ilan sa mga system na ito ay maaaring mapabilis ang napakataas na mga payload mula 0 hanggang 100 km/h sa loob ng 3 segundo.Ang linear induction motor stages ay maaari ding gamitin sa mga RTU, (Robot Transport Units).Karamihan sa mga RTU ay gumagamit ng rack at pinion drive ngunit ang isang linear induction motor ay maaaring mag-alok ng mas mataas na performance, mas mababang gastos, at mas mahabang buhay ng serbisyo.
Permanenteng Magnet Synchronous Motors
Ang mga PMLSM ay karaniwang gagamitin sa mga application na may mas maliliit na stroke, mas mababang bilis ngunit mataas hanggang napakataas na katumpakan at masinsinang mga siklo ng tungkulin.Karamihan sa mga application na ito ay matatagpuan sa AOI (Automated Optical Inspection), semiconductor at mga industriya ng laser machine.
Ang pagpili ng linear motor driven stages, (direct drive), ay nag-aalok ng makabuluhang mga benepisyo sa pagganap kaysa sa hindi direktang mga drive, (mga yugto kung saan ang linear motion ay nakuha sa pamamagitan ng pag-convert ng rotary motion), para sa pangmatagalang disenyo at angkop para sa maraming industriya.
Oras ng post: Peb-06-2023