'n Kykie na die verskillende lineêre motors wat beskikbaar is en hoe om die optimale tipe vir jou toepassing te kies.
Die volgende artikel is 'n oorsig van die verskillende tipes lineêre motors wat beskikbaar is, insluitend hul werkingsbeginsels, geskiedenis van ontwikkeling van permanente magnete, ontwerpmetodes vir lineêre motors en industriële sektore wat elke tipe lineêre motor gebruik.
Lineêre Motortegnologie kan wees: Lineêre Induksiemotors (LIM) of Permanente Magneet Lineêre Sinchroniese Motors (PMLSM).PMLSM kan ysterkern of ysterloos wees.Alle motors is beskikbaar in plat of buisvormige opset.Hiwin is al 20 jaar aan die voorpunt van lineêre motorontwerp en -vervaardiging.
Voordele van lineêre motors
'n Lineêre motor word gebruik om lineêre beweging te verskaf, dit wil sê om 'n gegewe loonvrag te beweeg teen 'n gedikteerde versnelling, spoed, reisafstand en akkuraatheid.Alle bewegingstegnologieë behalwe lineêre motoraangedrewe is 'n soort meganiese aandrywing om roterende beweging in lineêre beweging om te skakel.Sulke bewegingstelsels word deur balskroewe, bande of tandstang aangedryf.Die lewensduur van al hierdie aandrywers is hoogs afhanklik van die slytasie van die meganiese komponente wat gebruik word om roterende beweging in lineêre beweging om te skakel en is relatief kort.
Die grootste voordeel van lineêre motors is om lineêre beweging sonder enige meganiese stelsel te verskaf omdat lug die transmissiemedium is, daarom is lineêre motors in wese wrywinglose aandrywings, wat teoreties onbeperkte lewensduur bied.Omdat geen meganiese onderdele gebruik word om lineêre beweging te produseer nie, is baie hoë versnellings en snelhede moontlik waar ander aandrywings soos balskroewe, gordels of tandstang ernstige beperkings sal ondervind.
Lineêre induksiemotors
Fig 1
Die lineêre induksiemotor (LIM) was die eerste uitgevind (VSA patent 782312 – Alfred Zehden in 1905).Dit bestaan uit 'n "primêre" wat bestaan uit 'n stapel elektriese staallaminasies en 'n veelheid koperspoele wat deur 'n driefase-spanning voorsien word en 'n "sekondêre" wat gewoonlik uit 'n staalplaat en 'n koper- of aluminiumplaat bestaan.
Wanneer die primêre spoele bekragtig word, word die sekondêre gemagnetiseer en 'n veld van werwelstrome word in die sekondêre geleier gevorm.Hierdie sekondêre veld sal dan met die primêre terug-EMK in wisselwerking tree om krag op te wek.Bewegingsrigting sal Fleming se linkerhandreël volg, dws;die rigting van beweging sal loodreg wees op die rigting van die stroom en rigting van die veld / vloed.
Fig 2
Lineêre induksiemotors bied die voordeel van baie lae koste omdat die sekondêre geen permanente magnete gebruik nie.NdFeB en SmCo permanente magnete is baie duur.Lineêre induksiemotors gebruik baie algemene materiale (staal, aluminium, koper), vir hul sekondêre en skakel hierdie risiko van toevoer uit.
Die nadeel van die gebruik van lineêre induksiemotors is egter die beskikbaarheid van aandrywers vir sulke motors.Alhoewel dit baie maklik is om aandrywings vir permanente magneet lineêre motors te vind, is dit baie moeilik om aandrywers vir lineêre induksiemotors te vind.
Fig 3
Permanente magneet lineêre sinchrone motors
Permanente magneet lineêre sinchrone motors (PMLSM) het in wese dieselfde primêre as lineêre induksie motors (dws 'n stel spoele gemonteer op 'n stapel elektriese staal laminasies en aangedryf deur 'n drie-fase spanning).Die sekondêre verskil.
In plaas van 'n plaat van aluminium of koper wat op 'n plaat staal gemonteer is, is die sekondêre saamgestel uit permanente magnete wat op 'n plaat staal gemonteer is.Elke magneet se magnetiseringsrigting sal afwissel met betrekking tot die vorige een soos in Fig. 3 getoon.
Die ooglopende voordeel van die gebruik van permanente magnete is om 'n permanente veld in die sekondêre te skep.Ons het gesien dat krag op 'n induksiemotor gegenereer word deur die interaksie van die primêre veld en die sekondêre veld wat slegs beskikbaar is nadat 'n veld van wervelstrome in die sekondêre deur die motorlugspleet geskep is.Dit sal lei tot 'n vertraging genaamd "gly" en 'n beweging van die sekondêre wat nie sinchroniseer met die primêre spanning wat aan die primêre voorsien word nie.
Om hierdie rede word induksie lineêre motors "asinchronies" genoem.Op 'n permanente magneet lineêre motor sal die sekondêre beweging altyd in ooreenstemming wees met die primêre spanning omdat sekondêre veld altyd beskikbaar is en sonder enige vertraging.Om hierdie rede word permanente lineêre motors "sinchronies" genoem.
Verskillende tipes permanente magnete kan op 'n PMLSM gebruik word.Oor die afgelope 120 jaar het die verhouding van elke materiaal verander.Van vandag af gebruik PMLSM's óf NdFeB-magnete óf SmCo-magnete, maar die oorgrote meerderheid gebruik NdFeB-magnete.Fig. 4 toon die geskiedenis van Permanente magneetontwikkeling.
Fig 4
Magneetsterkte word gekenmerk deur sy energieproduk in Megagauss-Oersteds, (MGOe).Tot die middel-tagtigerjare was slegs Staal, Ferriet en Alnico beskikbaar en het baie lae-energieprodukte gelewer.SmCo-magnete is in die vroeë 1960's ontwikkel op grond van werk deur Karl Strnat en Alden Ray en later gekommersialiseer in die laat sestigerjare.
Fig 5
Die energieproduk van SmCo-magnete was aanvanklik meer as dubbel van die energieproduk van Alnico-magnete.In 1984 het General Motors en Sumitomo onafhanklik NdFeB-magnete ontwikkel, 'n verbinding van Neodynium, Yster en Boor.'n Vergelyking van SmCo- en NdFeB-magnete word in Fig. 5 getoon.
NdFeB-magnete ontwikkel baie groter krag as SmCo-magnete, maar is baie meer sensitief vir hoë temperature.SmCo-magnete is ook baie meer bestand teen korrosie en lae temperature, maar is duurder.Wanneer die bedryfstemperatuur die magneet se maksimum temperatuur bereik, begin die magneet demagnetiseer, en hierdie demagnetisering is onomkeerbaar.Die magneet wat magnetisering verloor, sal veroorsaak dat die motor krag verloor en nie aan die spesifikasies kan voldoen nie.As die magneet 100% van die tyd onder maksimum temperatuur werk, sal sy sterkte byna onbepaald behoue bly.
As gevolg van die hoër koste van SmCo-magnete, is NdFeB-magnete die regte keuse vir die meeste motors, veral gegewe die groter krag wat beskikbaar is.Vir sommige toepassings waar bedryfstemperatuur baie hoog kan wees, is dit egter verkieslik om SmCo-magnete te gebruik om weg te bly van maksimum bedryfstemperatuur.
Ontwerp van lineêre motors
'n Lineêre motor word oor die algemeen ontwerp via Eindige Element Elektromagnetiese Simulasie.'n 3D-model sal geskep word om die lamineringsstapel, spoele, magnete en staalplaat wat die magnete ondersteun, voor te stel.Lug sal rondom die motor sowel as in die lugspleet gemodelleer word.Dan sal materiaaleienskappe vir alle komponente ingevoer word: magnete, elektriese staal, staal, spoele en lug.'n Maas sal dan geskep word met behulp van H- of P-elemente en die model word opgelos.Dan word die stroom op elke spoel in die model toegepas.
Fig. 6 toon die uitset van 'n simulasie waar vloed in tesla vertoon word.Die belangrikste uitsetwaarde van belang vir die simulasie is natuurlik Motorkrag en sal beskikbaar wees.Omdat die einddraaie van die spoele geen krag produseer nie, is dit ook moontlik om 'n 2D-simulasie uit te voer deur 'n 2D-model (DXF of ander formaat) van die motor te gebruik, insluitend laminerings, magnete en staalplaat wat die magnete ondersteun.Die uitset van so 'n 2D-simulasie sal baie na aan die 3D-simulasie wees en akkuraat genoeg wees om motoriese krag te bepaal.
Fig 6
'n Lineêre induksiemotor sal op dieselfde manier gemodelleer word, hetsy via 'n 3D- of 2D-model, maar die oplossing sal meer ingewikkeld wees as vir 'n PMLSM.Dit is omdat die magnetiese vloed van die PMLSM sekondêr gemodelleer sal word onmiddellik nadat die magnete se eienskappe binnegegaan is, daarom sal slegs een oplossing nodig wees om alle uitsetwaardes, insluitend motorkrag, te verkry.
Die sekondêre vloed van die induksiemotor sal egter 'n verbygaande analise vereis (wat verskeie oplossings op 'n gegewe tydsinterval beteken) sodat die magnetiese vloed van die LIM sekondêr gebou kan word en eers dan kan die krag verkry word.Die sagteware wat gebruik word vir die Elektromagnetiese Eindige Element Simulasie sal die vermoë moet hê om 'n verbygaande analise uit te voer.
Lineêre motorstadium
Fig 7
Hiwin Corporation verskaf lineêre motors op komponentvlak.In hierdie geval sal slegs die lineêre motor en die sekondêre modules gelewer word.Vir 'n PMLSM-motor sal die sekondêre modules bestaan uit staalplate van verskillende lengtes waarop permanente magnete aanmekaargesit sal word.Hiwin Corporation verskaf ook volledige stadiums soos getoon in Fig. 7.
So 'n verhoog sluit 'n raam, lineêre laers, die motor primêre, die sekondêre magnete, 'n wa vir die kliënt om sy loonvrag aan te heg, die enkodeerder, en 'n kabelbaan in.'n Lineêre motoriese verhoog sal gereed wees om te begin by aflewering en maak die lewe makliker omdat die kliënt nie 'n verhoog hoef te ontwerp en vervaardig nie, wat kundige kennis vereis.
Lineêre motorstadium dienslewe
Die lewensduur van 'n lineêre motorverhoog is aansienlik langer as 'n verhoog wat deur 'n band, kogelskroef of tandstang aangedryf word.Die meganiese komponente van indirek aangedrewe stadiums is tipies die eerste komponente wat misluk as gevolg van die wrywing en slytasie waaraan hulle voortdurend blootgestel word.’n Lineêre motorstadium is ’n direkte aandrywing sonder meganiese kontak of slytasie omdat die transmissiemedium lug is.Daarom is die enigste komponente wat op 'n lineêre motorstadium kan misluk, die lineêre laers of die motor self.
Die lineêre laers het tipies 'n baie lang dienslewe omdat die radiale las baie laag is.Die lewensduur van die motor sal afhang van die gemiddelde looptemperatuur.Figuur 8 toon motor isolasie lewe as 'n funksie van temperatuur.Die reël is dat dienslewe gehalveer sal word vir elke 10 grade Celsius wat die lopende temperatuur bo die aangewese temperatuur is.Byvoorbeeld, 'n motorisolasieklas F sal 325 000 uur werk teen 'n gemiddelde temperatuur van 120°C.
Daarom word voorsien dat 'n lineêre motorstadium 'n dienslewe van 50+ jaar sal hê indien die motor konserwatief gekies word, 'n dienslewe wat nooit bereik kan word deur band-, balskroef- of tandstang-aangedrewe stadiums nie.
Fig 8
Aansoeke vir lineêre motors
Lineêre induksiemotors (LIM) word meestal gebruik in toepassings met lang reislengte en waar baie hoë krag vereis word gekombineer met baie hoë snelhede.Die rede vir die keuse van 'n lineêre induksiemotor is omdat die koste van die sekondêre aansienlik laer sal wees as wanneer 'n PMLSM gebruik word en teen baie hoë spoed is die lineêre induksiemotor doeltreffendheid baie hoog, so min krag sal verlore gaan.
Byvoorbeeld, EMALS (Electromagnetic Launch Systems), wat op vliegdekskepe gebruik word om vliegtuie te lanseer, gebruik lineêre induksiemotors.Die eerste so lineêre motorstelsel is op die USS Gerald R. Ford-vliegdekskip geïnstalleer.Die motor kan 'n vliegtuig van 45 000 kg teen 240 km/h op 'n 91 meter baan versnel.
Nog 'n voorbeeld van pretparkritte.Die lineêre induksiemotors wat op sommige van hierdie stelsels geïnstalleer is, kan baie hoë loonvragte van 0 tot 100 km/h in 3 sekondes versnel.Lineêre induksiemotorstadiums kan ook op RTU's (Robot Transport Units) gebruik word.Die meeste RTU's gebruik tandstangaandrywings, maar 'n lineêre induksiemotor kan 'n hoër werkverrigting, laer koste en baie langer lewensduur bied.
Permanente Magneet Sinchroniese Motors
PMLSM's sal tipies gebruik word op toepassings met baie kleiner beroertes, laer snelhede maar hoë tot baie hoë akkuraatheid en intensiewe dienssiklusse.Die meeste van hierdie toepassings word gevind in die AOI (Automated Optical Inspection), halfgeleier- en lasermasjiennywerhede.
Die keuse van lineêre motoraangedrewe trappe, (direkte aandrywing), bied aansienlike werkverrigtingvoordele bo indirekte aandrywings, (stadia waar lineêre beweging verkry word deur roterende beweging om te skakel), vir langdurige ontwerpe en is geskik vir baie industrieë.
Postyd: Feb-06-2023