Skoðaðu mismunandi línulega mótora sem eru í boði og hvernig á að velja bestu gerð fyrir forritið þitt.
Eftirfarandi grein er yfirlit yfir mismunandi gerðir af línulegum mótorum sem til eru, þar á meðal notkunarreglur þeirra, þróunarsögu varanlegra segla, hönnunaraðferðir fyrir línulega mótora og iðnaðargeira sem nota hverja tegund af línulegum mótorum.
Línuleg mótortækni getur verið: Línulegir induction Motors (LIM) eða Permanent Magnet Linear Synchronous Motors (PMLSM).PMLSM getur verið járnkjarna eða járnlaus.Allir mótorar eru fáanlegir í flatri eða pípulaga uppsetningu.Hiwin hefur verið í fararbroddi í hönnun og framleiðslu línulegra mótora í 20 ár.
Kostir línulegra mótora
Línulegur mótor er notaður til að veita línulega hreyfingu, þ.e. að færa tiltekið hleðsluhleðslu með ákveðinni hröðun, hraða, vegalengd og nákvæmni.Öll hreyfitækni önnur en línuleg mótordrifin eru einhvers konar vélræn drif til að breyta snúningshreyfingu í línulega hreyfingu.Slík hreyfikerfi eru knúin áfram af kúluskrúfum, beltum eða grind.Þjónustulíf allra þessara drifna er mjög háð sliti vélrænu íhlutanna sem notaðir eru til að breyta snúningshreyfingu í línulega hreyfingu og er tiltölulega stuttur.
Helsti kostur línulegra mótora er að veita línulega hreyfingu án nokkurs vélræns kerfis vegna þess að loft er flutningsmiðillinn, þess vegna eru línulegir mótorar í raun núningslausir drif, sem veita fræðilega ótakmarkaðan endingartíma.Vegna þess að engir vélrænir hlutar eru notaðir til að framleiða línulega hreyfingu, er mjög mikil hröðun möguleg þar sem önnur drif eins og kúluskrúfur, belti eða grind og tannhjól munu lenda í alvarlegum takmörkunum.
Línulegir innleiðslumótorar
Mynd 1
Línulegi örvunarmótorinn (LIM) var sá fyrsti sem fundinn var upp (US einkaleyfi 782312 - Alfred Zehden árið 1905).Það samanstendur af „aðal“ sem samanstendur af stafla af rafstállagskiptum og fjölmörgum koparspólum sem koma fyrir með þriggja fasa spennu og „efri“ sem venjulega samanstendur af stálplötu og kopar- eða álplötu.
Þegar aðalspólurnar eru virkjaðar verður aukaleiðarinn segulmagnaður og hringstraumssvið myndast í aukaleiðaranum.Þetta aukasvið mun síðan hafa samskipti við aðal bakra EMF til að mynda kraft.Hreyfingarstefna mun fylgja vinstri reglu Flemings þ.e.hreyfistefnan verður hornrétt á stefnu straums og stefnu sviðs/flæðis.
Mynd 2
Línulegir örvunarmótorar bjóða upp á mjög lágan kostnað vegna þess að aukabúnaðurinn notar enga varanlega segla.NdFeB og SmCo varanlegir seglar eru mjög dýrir.Línulegir örvunarmótorar nota mjög algeng efni, (stál, ál, kopar), sem aukaefni og útiloka þessa framboðshættu.
Hins vegar er ókosturinn við að nota línulega örvunarmótora að til séu drif fyrir slíka mótora.Þó að það sé mjög auðvelt að finna drif fyrir línulega mótora með varanlegum segulmagni, þá er mjög erfitt að finna drif fyrir línulega innleiðslumótora.
Mynd 3
Permanent Magnet línuleg samstilltur mótorar
Permanent segul línuleg samstilltur mótorar (PMLSM) hafa í meginatriðum sömu frumefni og línulegir örvunarmótorar (þ.e. sett af spólum sem eru festir á stafla af rafstállagskiptum og knúin áfram af þriggja fasa spennu).Annað er öðruvísi.
Í stað þess að plata úr áli eða kopar er fest á stálplötu, er aukahluturinn samsettur af varanlegum seglum sem festir eru á stálplötu.Segulvæðingarstefna hvers seguls mun skiptast á fyrri eins og sýnt er á mynd 3.
Augljósi kosturinn við að nota varanlega segla er að búa til varanlegt svið í framhaldinu.Við höfum séð að kraftur myndast á örvunarmótor með víxlverkun frumsviðs og aukasviðs sem er aðeins tiltækt eftir að svið af hvirfilstraumum hefur myndast í aukasviðinu í gegnum mótorloftrýmið.Þetta mun leiða til töfar sem kallast „slip“ og hreyfingar aukabúnaðarins sem er ekki í takt við aðalspennuna sem fylgir aðalspennunni.
Af þessum sökum eru innleiðslu línulegir mótorar kallaðir „ósamstilltir“.Á línulegum mótor með varanlegum segulmagni mun aukahreyfingin alltaf vera í takt við aðalspennuna vegna þess að aukasviðið er alltaf tiltækt og án tafar.Af þessum sökum eru varanlegir línulegir mótorar kallaðir „samstilltir“.
Hægt er að nota mismunandi gerðir af varanlegum seglum á PMLSM.Á síðustu 120 árum hefur hlutfall hvers efnis breyst.Frá og með deginum í dag nota PMLSM annað hvort NdFeB seglum eða SmCo seglum en langflestir nota NdFeB segla.Mynd 4 sýnir sögu þróunar varanlegs seguls.
Mynd 4
Segulstyrkur einkennist af orkuafurð sinni í Megagauss-Oersteds, (MGOe).Fram á miðjan níunda áratuginn voru aðeins stál, ferrít og Alnico fáanlegt og skilaði mjög litlum orkuvörum.SmCo seglar voru þróaðir snemma á sjöunda áratugnum eftir verkum Karls Strnat og Alden Ray og síðar markaðssettir seint á sjöunda áratugnum.
Mynd 5
Orkuframleiðsla SmCo segla var upphaflega meira en tvöföld af orkuafurð Alnico segla.Árið 1984 þróuðu General Motors og Sumitomo sjálfstætt NdFeB segla, efnasamband úr Neodynium, Iron og Boron.Samanburður á SmCo og NdFeB seglum er sýndur á mynd 5.
NdFeB seglar þróa mun meiri kraft en SmCo seglar en eru mun næmari fyrir háum hita.SmCo seglar eru líka mun þolnari fyrir tæringu og lágum hita en eru dýrari.Þegar vinnuhitastigið nær hámarkshita segulsins byrjar segullinn að afsegulmagna og þessi afsegulvæðing er óafturkræf.Segullinn missir segulmagnið mun valda því að mótorinn missir kraft og getur ekki uppfyllt forskriftirnar.Ef segullinn virkar undir hámarkshita 100% af tímanum mun styrkur hans varðveitast nánast endalaust.
Vegna hærri kostnaðar við SmCo seglum eru NdFeB seglar rétti kosturinn fyrir flesta mótora, sérstaklega miðað við meiri kraft sem er í boði.Hins vegar, fyrir sum forrit þar sem vinnsluhiti getur verið mjög hár, er æskilegt að nota SmCo segla til að forðast hámarks vinnsluhita.
Hönnun línulegra mótora
Línulegur mótor er almennt hannaður með Finite Element rafsegulhermi.Búið verður til þrívíddarlíkan til að tákna lagskiptastaflann, spólur, segla og stálplötu sem styður seglana.Loft verður mótað í kringum mótorinn sem og í loftrýminu.Þá verða efniseiginleikar færðir inn fyrir alla íhluti: segla, rafstál, stál, spólur og loft.Möskva verður síðan búið til með því að nota H eða P þætti og líkanið leyst.Síðan er straumurinn lagður á hverja spólu í líkaninu.
Mynd 6 sýnir úttak af hermi þar sem flæði í tesla er sýnt.Helsta úttaksgildið sem vekur áhuga fyrir uppgerðina er auðvitað Motor force og verður í boði.Vegna þess að endabeygjur spólanna framleiða engan kraft, er einnig hægt að keyra 2D uppgerð með því að nota 2D líkan (DXF eða annað snið) af mótornum, þar á meðal lagskipt, seglum og stálplötu sem styður seglana.Framleiðsla slíkrar 2D uppgerð mun vera mjög nálægt 3D uppgerðinni og nógu nákvæm til að meta mótorkraft.
Mynd 6
Línulegur örvunarmótor verður gerður á sama hátt, annað hvort í gegnum 3D eða 2D líkan en lausnin verður flóknari en fyrir PMLSM.Þetta er vegna þess að segulstreymi PMLSM aukabúnaðarins verður mótað samstundis eftir að hafa farið inn í eiginleika segulsins, því þarf aðeins eina lausn til að fá öll úttaksgildi, þ.mt mótorkraftur.
Hins vegar mun aukaflæði örvunarmótorsins krefjast skammvinnrar greiningar (sem þýðir nokkrar lausnir á tilteknu tímabili) þannig að hægt sé að byggja upp segulflæði LIM aukabúnaðarins og aðeins þá er hægt að fá kraftinn.Hugbúnaðurinn sem notaður er fyrir Electromagnetic Finite Element Simulation þarf að hafa getu til að keyra skammvinn greiningu.
Línulegt mótorstig
Mynd 7
Hiwin Corporation útvegar línulega mótora á íhlutastigi.Í þessu tilviki verða aðeins línulegi mótorinn og aukaeiningarnar afhentar.Fyrir PMLSM mótor munu aukaeiningarnar samanstanda af mismunandi lengdum stálplötum ofan á sem varanlegir seglar verða settir saman.Hiwin Corporation útvegar einnig heildarstig eins og sýnt er á mynd 7.
Slíkt stig inniheldur ramma, línuleg legur, aðal mótorinn, auka segulmagnaðir, vagn fyrir viðskiptavininn til að festa farmið sitt, kóðara og snúrubraut.Línulegt mótorþrep verður tilbúið til að hefjast handa við afhendingu og gerir lífið auðveldara vegna þess að viðskiptavinurinn þarf ekki að hanna og framleiða svið, sem krefst sérfræðiþekkingar.
Línuleg mótorstigs endingartími
Þjónustulíf línulegs mótorstigs er töluvert lengri en þreps sem knúið er áfram með belti, kúluskrúfu eða grind og snúð.Vélrænni íhlutir óbeint knúna þrepa eru venjulega fyrstu íhlutirnir sem bila vegna núnings og slits sem þeir verða stöðugt fyrir.Línulegt mótorþrep er bein drif án vélrænnar snertingar eða slits vegna þess að flutningsmiðillinn er loft.Þess vegna eru einu íhlutirnir sem geta bilað á línulegu mótorstigi línulegu legurnar eða mótorinn sjálfur.
Línulegu legurnar hafa venjulega mjög langan endingartíma vegna þess að geislamyndaálagið er mjög lágt.Endingartími mótorsins fer eftir meðalhitastigi í gangi.Mynd 8 sýnir endingartíma einangrunar mótor sem fall af hitastigi.Reglan er sú að endingartími styttist um helming fyrir hverjar 10 gráður á Celsíus sem hitastig í gangi er yfir nafnhitastigi.Til dæmis mun einangrunarflokkur F mótor ganga í 325.000 klukkustundir við 120°C meðalhita.
Þess vegna er fyrirséð að línulegt mótorþrep muni hafa 50+ ára endingartíma ef mótorinn er valinn varlega, endingartíma sem aldrei er hægt að ná með belti, kúluskrúfu eða grinddrifnum þrepum.
Mynd 8
Umsóknir um línulega mótora
Línulegir örvunarmótorar (LIM) eru aðallega notaðir í forritum með langa ferðalengd og þar sem þörf er á mjög miklum krafti ásamt mjög miklum hraða.Ástæðan fyrir því að velja línulega örvunarmótor er vegna þess að kostnaður við aukabúnaðinn verður töluvert lægri en ef notaður er PMLSM og á mjög miklum hraða er skilvirkni línulegs örvunarmótorsins mjög mikil, svo lítið afl tapast.
Til dæmis, EMALS (electromagnetic Launch Systems), notað á flugmóðurskipum til að skjóta flugvélum, nota línulega innleiðslumótora.Fyrsta slíka línulega mótorkerfið var sett upp á USS Gerald R. Ford flugmóðurskipinu.Mótorinn getur hraðað 45.000 kg flugvél á 240 km/klst. á 91 metra braut.
Annað dæmi um skemmtigarðaferðir.Línulegu innleiðslumótorarnir sem settir eru upp á sumum þessara kerfa geta flýtt mjög háu hleðslu frá 0 til 100 km/klst á 3 sekúndum.Línuleg innleiðslumótorþrep er einnig hægt að nota á RTU, (Robot Transport Units).Flestar RTU eru að nota grindardrif en línuleg innleiðslumótor getur boðið upp á meiri afköst, lægri kostnað og mun lengri endingartíma.
Permanent Magnet samstillir mótorar
PMLSM verður venjulega notað í forritum með miklu minni höggum, minni hraða en mikilli til mjög mikilli nákvæmni og ákafur vinnulotur.Flest þessara forrita er að finna í AOI (Automated Optical Inspection), hálfleiðurum og leysivélaiðnaði.
Val á línudrifnum mótorknúnum stigum, (beint drif), býður upp á umtalsverðan ávinning af frammistöðu fram yfir óbein drif, (stig þar sem línuleg hreyfing fæst með því að breyta snúningshreyfingu), fyrir langvarandi hönnun og henta fyrir margar atvinnugreinar.
Pósttími: Feb-06-2023