Vaadake erinevaid saadaolevaid lineaarmootoreid ja kuidas valida oma rakenduse jaoks optimaalne tüüp.
Järgmine artikkel annab ülevaate saadaolevatest eri tüüpi lineaarmootoritest, sealhulgas nende tööpõhimõtetest, püsimagnetite väljatöötamise ajaloost, lineaarmootorite projekteerimismeetoditest ja igat tüüpi lineaarmootoreid kasutavatest tööstussektoritest.
Lineaarmootori tehnoloogia võib olla: lineaarsed asünkroonmootorid (LIM) või püsimagnetiga lineaarsed sünkroonmootorid (PMLSM).PMLSM võib olla raudsüdamikuga või rauavaba.Kõik mootorid on saadaval lame- või torukujulisena.Hiwin on olnud lineaarsete mootorite projekteerimise ja tootmise esirinnas 20 aastat.
Lineaarmootorite eelised
Lineaarmootorit kasutatakse lineaarse liikumise tagamiseks, st antud kasuliku koorma liigutamiseks etteantud kiirenduse, kiiruse, läbisõidukauguse ja täpsusega.Kõik liikumistehnoloogiad, välja arvatud lineaarmootoriga juhitavad, on mingid mehaanilised ajamid, mis muudavad pöörleva liikumise lineaarseks liikumiseks.Selliseid liikumissüsteeme juhivad kuulkruvid, rihmad või hammaslatt.Kõigi nende ajamite kasutusiga sõltub suuresti pöörleva liikumise lineaarseks liikumiseks muudetavate mehaaniliste komponentide kulumisest ja on suhteliselt lühike.
Lineaarmootorite peamine eelis on lineaarne liikumine ilma mehaanilise süsteemita, kuna õhk on ülekandemeedium, mistõttu on lineaarmootorid põhimõtteliselt hõõrdevabad ajamid, mis pakuvad teoreetiliselt piiramatut kasutusiga.Kuna lineaarse liikumise tekitamiseks ei kasutata mehaanilisi osi, on võimalikud väga suured kiirendused, mis on sellised kiirused, kus muud ajamid, nagu kuulkruvid, rihmad või hammaslatt, puutuvad kokku tõsiste piirangutega.
Lineaarsed asünkroonmootorid
Joonis 1
Lineaarne induktsioonmootor (LIM) leiutati esmakordselt (USA patent 782312 – Alfred Zehden 1905. aastal).See koosneb "esmasest", mis koosneb elektriliste teraslaminaatide virnast ja paljudest vaskpoolidest, mida toidetakse kolmefaasilise pingega, ja "sekundaarsest", mis tavaliselt koosneb terasplaadist ja vask- või alumiiniumplaadist.
Kui primaarmähised on pingestatud, muutub sekundaar magnetiseerituks ja sekundaarjuhis moodustub pöörisvoolude väli.See sekundaarne väli suhtleb seejärel primaarse tagumise EMF-iga, et tekitada jõudu.Liikumissuund järgib Flemingi vasaku käe reeglit, st;liikumise suund on risti voolu suuna ja välja/voo suunaga.
Joonis 2
Lineaarsete asünkroonmootorite eeliseks on väga madal hind, kuna sekundaarmootor ei kasuta püsimagneteid.NdFeB ja SmCo püsimagnetid on väga kallid.Lineaarsed asünkroonmootorid kasutavad sekundaarseks materjaliks väga levinud materjale (teras, alumiinium, vask) ja kõrvaldavad selle tarneriski.
Lineaarsete asünkroonmootorite kasutamise negatiivne külg on aga selliste mootorite jaoks mõeldud ajamite olemasolu.Kui püsimagnetiliste lineaarmootorite jaoks on ajamite leidmine väga lihtne, on lineaarsete asünkroonmootorite jaoks ajamite leidmine väga keeruline.
Joonis 3
Püsimagnetiga lineaarsed sünkroonmootorid
Püsimagnetilistel lineaarsetel sünkroonmootoritel (PMLSM) on põhimõtteliselt sama primaarjõud, mis lineaarsetel asünkroonmootoritel (st rullide komplekt, mis on paigaldatud elektriliste teraskihtide virnale ja mida juhib kolmefaasiline pinge).Sekundaarne erineb.
Terasplaadile paigaldatud alumiinium- või vaskplaadi asemel koosneb sekundaarne terasplaadile paigaldatud püsimagnetitest.Iga magneti magnetiseerimissuund vaheldub eelmisega, nagu on näidatud joonisel 3.
Püsimagnetite kasutamise ilmselgeks eeliseks on püsivälja tekitamine sekundaarses.Oleme näinud, et jõud tekib asünkroonmootorile primaarvälja ja sekundaarvälja vastasmõjul, mis on saadaval alles pärast seda, kui mootori õhupilu kaudu on sekundaarses väljas tekkinud pöörisvoolude väli.Selle tulemuseks on viivitus, mida nimetatakse "libisemiseks" ja sekundaarvoolu liikumine, mis ei ole sünkroonis primaarvoolu toitepingega.
Sel põhjusel nimetatakse asünkroonseid induktsioonmootoreid asünkroonseks.Püsimagnetiga lineaarmootoril on sekundaarne liikumine alati primaarpingega sünkroonis, kuna sekundaarväli on alati saadaval ja ilma viivituseta.Sel põhjusel nimetatakse püsivaid lineaarmootoreid sünkroonseks.
PMLSM-is saab kasutada erinevat tüüpi püsimagneteid.Viimase 120 aasta jooksul on iga materjali suhe muutunud.Tänase seisuga kasutavad PMLSM-id kas NdFeB-magneteid või SmCo-magneteid, kuid valdav enamus kasutab NdFeB-magneteid.Joonis fig 4 näitab püsimagneti arengu ajalugu.
Joonis 4
Magneti tugevust iseloomustab selle energiatoode Megagauss-Oerstedsis (MGOe).Kuni kaheksakümnendate keskpaigani olid saadaval ainult Steel, Ferrite ja Alnico, mis tarnisid väga madala energiatarbega tooteid.SmCo magnetid töötati välja 1960. aastate alguses Karl Strnati ja Alden Ray töö põhjal ning hiljem turustati kuuekümnendate lõpus.
Joonis 5
SmCo magnetite energiatoode oli algselt enam kui kahekordne Alnico magnetite energiatoode.1984. aastal töötasid General Motors ja Sumitomo sõltumatult välja NdFeB magnetid, mis on neodüüniumi, raua ja boori ühend.SmCo ja NdFeB magnetite võrdlus on näidatud joonisel 5.
NdFeB magnetid arendavad palju suuremat jõudu kui SmCo magnetid, kuid on palju tundlikumad kõrgete temperatuuride suhtes.SmCo magnetid on ka palju vastupidavamad korrosioonile ja madalatele temperatuuridele, kuid on kallimad.Kui töötemperatuur jõuab magneti maksimumtemperatuurini, hakkab magnet demagnetiseeruma ja see demagnetiseerumine on pöördumatu.Magnet kaotab magnetiseerituse, mistõttu mootor kaotab jõudu ja ei vasta tehnilistele andmetele.Kui magnet töötab 100% ajast alla maksimumtemperatuuri, säilib selle tugevus peaaegu lõputult.
SmCo magnetite kõrgema hinna tõttu on NdFeB magnetid enamiku mootorite jaoks õige valik, eriti arvestades suuremat jõudu.Mõne rakenduse puhul, kus töötemperatuur võib olla väga kõrge, on siiski eelistatav kasutada SmCo magneteid, et hoida eemal maksimaalsest töötemperatuurist.
Lineaarmootorite projekteerimine
Lineaarmootor on üldiselt konstrueeritud lõplike elementide elektromagnetilise simulatsiooni abil.Luuakse 3D-mudel, mis esindab lamineerimisvirna, pooli, magneteid ja magneteid toetavat terasplaati.Õhku modelleeritakse nii mootori ümber kui ka õhupilus.Seejärel sisestatakse kõikide komponentide materjalide omadused: magnetid, elektriteras, teras, poolid ja õhk.Seejärel luuakse H või P elementide abil võrk ja mudel lahendatakse.Seejärel rakendatakse mudeli igale mähisele vool.
Joonisel 6 on näidatud simulatsiooni väljund, kus kuvatakse voogu teslas.Peamine huvipakkuv simulatsiooni väljundväärtus on loomulikult mootori jõud ja see on saadaval.Kuna mähiste otsapöörded ei tekita jõudu, on võimalik käivitada ka 2D-simulatsioon, kasutades mootori 2D-mudelit (DXF või muu formaat), sealhulgas laminaadid, magnetid ja magneteid toetav terasplaat.Sellise 2D-simulatsiooni väljund on 3D-simulatsioonile väga lähedane ja piisavalt täpne, et hinnata mootori jõudu.
Joonis 6
Lineaarset asünkroonmootorit modelleeritakse samamoodi, kas 3D- või 2D-mudeli abil, kuid lahendamine on keerulisem kui PMLSM-i puhul.Selle põhjuseks on asjaolu, et PMLSM-i sekundaarse magnetvoogu modelleeritakse kohe pärast magneti omaduste sisestamist, seega on kõigi väljundväärtuste, sealhulgas mootori jõu saamiseks vaja ainult ühte lahendust.
Asünkroonmootori sekundaarne voog nõuab aga siirdeanalüüsi (see tähendab mitut lahendust antud ajaintervalliga), et saaks ehitada LIM-i sekundaarvoolu magnetvoogu ja alles siis saab jõudu.Lõplike elementide elektromagnetilise simulatsiooni jaoks kasutatav tarkvara peab suutma käitada siirdeanalüüsi.
Lineaarne mootori staadium
Joonis 7
Hiwin Corporation tarnib lineaarmootoreid komponentide tasemel.Sel juhul tarnitakse ainult lineaarmootor ja sekundaarmoodulid.PMLSM-mootori puhul koosnevad sekundaarsed moodulid erineva pikkusega terasplaatidest, mille peale monteeritakse püsimagnetid.Hiwin Corporation tarnib ka terviklikke etappe, nagu on näidatud joonisel 7.
Selline staadium sisaldab raami, lineaarseid laagreid, mootori primaarseadet, sekundaarseid magneteid, kandurit kliendile kasuliku koorma kinnitamiseks, koodrit ja kaablite rada.Lineaarmootoriga lava on tarnimisel käivitusvalmis ja muudab elu lihtsamaks, sest kliendil ei ole vaja lava projekteerida ja toota, mis nõuab ekspertteadmisi.
Lineaarmootori etapi kasutusiga
Lineaarmootori astme kasutusiga on tunduvalt pikem kui rihma, kuulkruvi või hammaslati abil käitataval astmel.Kaudselt juhitavate astmete mehaanilised komponendid on tavaliselt esimesed komponendid, mis katkevad hõõrdumise ja kulumise tõttu, millega nad pidevalt kokku puutuvad.Lineaarne mootoriaste on otseajam, millel puudub mehhaaniline kontakt või kulumine, kuna ülekandemeedium on õhk.Seetõttu on ainsad komponendid, mis võivad lineaarmootori etapil rikki minna, lineaarlaagrid või mootor ise.
Lineaarlaagritel on tavaliselt väga pikk kasutusiga, kuna radiaalkoormus on väga väike.Mootori kasutusiga sõltub keskmisest töötemperatuurist.Joonisel 8 on näidatud mootori isolatsiooni eluiga temperatuuri funktsioonina.Reegel on, et kasutusiga lüheneb poole võrra iga 10 Celsiuse kraadi kohta, kui töötemperatuur ületab nimitemperatuuri.Näiteks mootori isolatsiooniklass F töötab 325 000 tundi keskmisel temperatuuril 120 °C.
Seetõttu on ette nähtud, et lineaarse mootoriastme tööiga on 50+ aastat, kui mootor valitakse konservatiivselt, kasutusiga, mida ei saa kunagi saavutada rihma-, kuulkruvi- või hammaslattajamiga etappidega.
Joonis 8
Lineaarmootorite rakendused
Lineaarseid asünkroonmootoreid (LIM) kasutatakse enamasti pika käigupikkusega rakendustes, kus on vaja väga suurt jõudu kombineerituna väga suurte kiirustega.Lineaarse asünkroonmootori valimise põhjuseks on asjaolu, et sekundaarmootori maksumus on oluliselt madalam kui PMLSM-i kasutamisel ja väga suurel kiirusel on lineaarse asünkroonmootori kasutegur väga kõrge, nii et võimsust kaob vähe.
Näiteks EMALS (elektromagnetilised stardisüsteemid), mida kasutatakse lennukikandjatel lennukite käivitamiseks, kasutavad lineaarseid asünkroonmootoreid.Esimene selline lineaarne mootorisüsteem paigaldati USS Gerald R. Fordi lennukikandjale.Mootor suudab 91-meetrisel rajal kiirendada 45 000 kg kaaluvat lennukit 240 km/h.
Veel üks lõbustuspargisõidu näide.Mõnele sellisele süsteemile paigaldatud lineaarsed asünkroonmootorid suudavad kiirendada väga suure kandevõimega 0–100 km/h 3 sekundiga.Lineaarse induktsioonmootori astmeid saab kasutada ka RTU-del (Robot Transport Units).Enamik RTU-sid kasutab hammaslatti, kuid lineaarne asünkroonmootor võib pakkuda suuremat jõudlust, madalamaid kulusid ja palju pikemat kasutusiga.
Püsimagnetiga sünkroonmootorid
PMLSM-e kasutatakse tavaliselt rakendustes, millel on palju väiksemad löögid, väiksemad kiirused, kuid kõrge kuni väga kõrge täpsus ja intensiivsed töötsüklid.Enamikku neist rakendustest leidub AOI (Automated Optical Inspection), pooljuhtide ja lasermasinate tööstuses.
Lineaarse mootoriga käitatavate astmete valik (otsene ajam) pakub märkimisväärseid jõudluse eeliseid võrreldes kaudsete ajamite (faasid, kus lineaarne liikumine saadakse pöörleva liikumise teisendamise teel) pikaajaliseks konstruktsiooniks ja sobivad paljudes tööstusharudes.
Postitusaeg: 06.02.2023