Паглядзіце на розныя даступныя лінейныя рухавікі і як выбраць аптымальны тып для вашага прымянення.
Наступны артыкул уяўляе сабой агляд розных даступных тыпаў лінейных рухавікоў, уключаючы іх прынцыпы працы, гісторыю распрацоўкі пастаянных магнітаў, метады праектавання лінейных рухавікоў і прамысловых сектараў, якія выкарыстоўваюць кожны тып лінейнага рухавіка.
Тэхналогія лінейных рухавікоў можа быць: лінейнымі асінхроннымі рухавікамі (LIM) або лінейнымі сінхроннымі рухавікамі з пастаяннымі магнітамі (PMLSM).PMLSM можа быць жалезным або безжалезным.Усе рухавікі даступныя ў плоскай або трубчастай канфігурацыі.Кампанія Hiwin знаходзіцца ў авангардзе распрацоўкі і вытворчасці лінейных рухавікоў на працягу 20 гадоў.
Перавагі лінейных рухавікоў
Лінейны рухавік выкарыстоўваецца для забеспячэння лінейнага руху, г.зн. для перамяшчэння дадзенай карыснай нагрузкі з прадыктаваным паскарэннем, хуткасцю, адлегласцю і дакладнасцю.Усе тэхналогіі руху, акрамя лінейнага рухавіка, з'яўляюцца нейкім механічным прывадам для пераўтварэння вярчальнага руху ў лінейны.Такія сістэмы руху прыводзяцца ў рух шарыкавымі шрубамі, рамянямі або рэечнай шасцярнёй.Тэрмін службы ўсіх гэтых прывадаў моцна залежыць ад зносу механічных кампанентаў, якія выкарыстоўваюцца для пераўтварэння вярчальнага руху ў лінейны, і адносна кароткі.
Асноўная перавага лінейных рухавікоў заключаецца ў забеспячэнні лінейнага руху без якой-небудзь механічнай сістэмы, таму што паветра з'яўляецца асяроддзем перадачы, таму лінейныя рухавікі па сутнасці з'яўляюцца прывадамі без трэння, забяспечваючы тэарэтычна неабмежаваны тэрмін службы.Паколькі механічныя часткі не выкарыстоўваюцца для стварэння лінейнага руху, магчымыя вельмі высокія паскарэнні з хуткасцямі, дзе іншыя прывады, такія як шарыка-шрубавыя пары, рамяні або рэечная шасцярня, будуць сутыкацца з сур'ёзнымі абмежаваннямі.
Лінейныя асінхронныя рухавікі
Малюнак 1
Лінейны асінхронны рухавік (LIM) быў першым вынайдзеным (патэнт ЗША 782312 - Альфрэд Цэхдэн у 1905 г.).Ён складаецца з «першаснай», якая складаецца са стэка пластоў электратэхнічнай сталі і мноства медных шпулек, якія забяспечваюцца трохфазнай напругай, і «другаснай», якая звычайна складаецца з сталёвай пласціны і меднай або алюмініевай пласціны.
Калі першасныя шпулькі знаходзяцца пад напругай, другасная намагнічваецца, і ў другасным правадніку ўтвараецца поле віхравых токаў.Затым гэта другаснае поле будзе ўзаемадзейнічаць з асноўнай зваротнай ЭРС, ствараючы сілу.Кірунак руху будзе адпавядаць правілу левай рукі Флемінга, г.зн.;кірунак руху будзе перпендыкулярным напрамку току і напрамку поля / патоку.
Малюнак 2
Перавагай лінейных асінхронных рухавікоў з'яўляецца вельмі нізкі кошт, паколькі ў другаснай абмотцы не выкарыстоўваюцца пастаянныя магніты.Пастаянныя магніты NdFeB і SmCo вельмі дарагія.У лінейных асінхронных рухавіках выкарыстоўваюцца вельмі распаўсюджаныя матэрыялы (сталь, алюміній, медзь) для іх другаснай працы і ліквідуюць гэты рызыка пастаўкі.
Аднак недахопам выкарыстання лінейных асінхронных рухавікоў з'яўляецца наяўнасць прывадаў для такіх рухавікоў.У той час як вельмі лёгка знайсці прывады для лінейных рухавікоў з пастаяннымі магнітамі, вельмі цяжка знайсці прывады для лінейных асінхронных рухавікоў.
Малюнак 3
Лінейныя сінхронныя рухавікі з пастаяннымі магнітамі
Лінейныя сінхронныя рухавікі з пастаяннымі магнітамі (PMLSM) маюць па сутнасці такую ж асноўную магутнасць, як і лінейныя асінхронныя рухавікі (г.зн. набор шпулек, усталяваных на стосе пластоў электратэхнічнай сталі і прыведзеных у рух трохфазнай напругай).Другаснае адрозніваецца.
Замест алюмініевай або меднай пласціны, усталяванай на сталёвай пласціне, другасная сістэма складаецца з пастаянных магнітаў, усталяваных на сталёвай пласціне.Напрамак намагнічанасці кожнага магніта будзе чаргавацца адносна папярэдняга, як паказана на мал. 3.
Відавочнай перавагай выкарыстання пастаянных магнітаў з'яўляецца стварэнне пастаяннага поля ў другасным.Мы бачылі, што сіла ствараецца на асінхронным рухавіку ў выніку ўзаемадзеяння першаснага поля і другаснага поля, якое даступна толькі пасля таго, як поле віхравых токаў было створана ў другасным рухавіку праз паветраны зазор рухавіка.Гэта прывядзе да затрымкі, званай "слізгаценнем", і руху другаснай абмоткі, не сінхранізаванай з першасным напружаннем, якое падаецца на першасную.
Па гэтай прычыне асінхронныя лінейныя рухавікі называюць «асінхроннымі».На лінейным рухавіку з пастаянным магнітам другасны рух заўсёды будзе сінхранізаваны з першасным напружаннем, таму што другаснае поле даступна заўсёды і без затрымкі.Па гэтай прычыне пастаянныя лінейныя рухавікі называюцца «сінхроннымі».
На PMLSM можна выкарыстоўваць розныя тыпы пастаянных магнітаў.За апошнія 120 гадоў суадносіны кожнага матэрыялу змянілася.На сённяшні дзень PMLSM выкарыстоўваюць магніты NdFeB або SmCo, але пераважная большасць выкарыстоўвае магніты NdFeB.Мал. 4 паказвае гісторыю развіцця пастаяннага магніта.
Малюнак 4
Сіла магніта характарызуецца яго энергетычным прадуктам у мегагаўс-эрстэдах (MGOe).Да сярэдзіны васьмідзесятых былі даступныя толькі Steel, Ferrite і Alnico, якія пастаўлялі прадукты з вельмі нізкай энергіяй.Магніты SmCo былі распрацаваны ў пачатку 1960-х гадоў на аснове працы Карла Стрната і Олдэна Рэя, а пазней камерцыялізаваны ў канцы 60-х гадоў.
Малюнак 5
Энергетычны прадукт магнітаў SmCo першапачаткова больш чым удвая перавышаў энергетычны прадукт магнітаў Alnico.У 1984 годзе General Motors і Sumitomo незалежна адзін ад аднаго распрацавалі магніты NdFeB, злучэнне неадынію, жалеза і бору.Параўнанне магнітаў SmCo і NdFeB паказана на мал. 5.
Магніты NdFeB развіваюць значна большую сілу, чым магніты SmCo, але значна больш адчувальныя да высокіх тэмператур.Магніты SmCo таксама значна больш устойлівыя да карозіі і нізкіх тэмператур, але каштуюць даражэй.Калі працоўная тэмпература дасягае максімальнай тэмпературы магніта, магніт пачынае размагнічвацца, і гэта размагнічванне незваротнае.Страта намагнічанасці магніта прывядзе да таго, што рухавік страціць сілу і не зможа адпавядаць спецыфікацыям.Калі магніт працуе пры тэмпературы ніжэй максімальнай 100% часу, яго сіла будзе захоўвацца амаль бясконца.
З-за больш высокага кошту магнітаў SmCo магніты NdFeB з'яўляюцца правільным выбарам для большасці рухавікоў, асабліва з улікам большай даступнай сілы.Аднак для некаторых прыкладанняў, дзе працоўная тэмпература можа быць вельмі высокай, лепш выкарыстоўваць магніты SmCo, каб трымацца далей ад максімальнай працоўнай тэмпературы.
Канструкцыя лінейных рухавікоў
Лінейны рухавік звычайна распрацоўваецца з дапамогай электрамагнітнага мадэлявання канечных элементаў.Будзе створана 3D-мадэль, якая адлюстроўвае ламініраваны стос, шпулькі, магніты і сталёвую пласціну, якая падтрымлівае магніты.Паветра будзе мадэлявацца вакол рухавіка, а таксама ў паветраным зазоры.Затым будуць уведзены ўласцівасці матэрыялаў для ўсіх кампанентаў: магнітаў, электратэхнічнай сталі, сталі, шпулек і паветра.Затым будзе створана сетка з выкарыстаннем элементаў H або P і мадэль вырашана.Затым ток падаецца на кожную шпульку ў мадэлі.
Малюнак 6 паказвае вынік мадэлявання, дзе адлюстроўваецца паток у тэсла.Галоўнае выходнае значэнне, якое цікавіць мадэляванне, - гэта, вядома, сіла рухавіка, і яно будзе даступна.Паколькі канчатковыя віткі шпулек не ствараюць ніякай сілы, можна таксама запусціць 2D-мадэляванне з выкарыстаннем 2D-мадэлі (DXF або іншы фармат) рухавіка, уключаючы пласты, магніты і сталёвую пласціну, якая падтрымлівае магніты.Вынік такога 2D-мадэлявання будзе вельмі блізкі да 3D-мадэлявання і дастаткова дакладны для ацэнкі сілы рухавіка.
Малюнак 6
Лінейны асінхронны рухавік будзе змадэляваны такім жа чынам, праз 3D або 2D мадэль, але рашэнне будзе больш складаным, чым для PMLSM.Гэта адбываецца таму, што магнітны паток другаснай абмоткі PMLSM будзе змадэляваны імгненна пасля ўводу ўласцівасцей магнітаў, таму для атрымання ўсіх выхадных значэнняў, уключаючы сілу рухавіка, спатрэбіцца толькі адно рашэнне.
Тым не менш, другасны паток асінхроннага рухавіка запатрабуе аналізу пераходных працэсаў (гэта азначае некалькі рашэнняў за зададзены інтэрвал часу), каб можна было пабудаваць магнітны паток другаснай абмоткі LIM і толькі потым можна было атрымаць сілу.Праграмнае забеспячэнне, якое выкарыстоўваецца для мадэлявання электрамагнітных канечных элементаў, павінна мець магчымасць выконваць аналіз пераходных працэсаў.
Стадыя лінейнага рухавіка
Малюнак 7
Hiwin Corporation пастаўляе лінейныя рухавікі на ўзроўні кампанентаў.У гэтым выпадку будзе пастаўлены толькі лінейны рухавік і другасныя модулі.Для рухавіка PMLSM другасныя модулі будуць складацца са сталёвых пласцін рознай даўжыні, на верхняй частцы якіх будуць сабраны пастаянныя магніты.Hiwin Corporation таксама пастаўляе поўныя прыступкі, як паказана на мал. 7.
Такая ступень уключае раму, лінейныя падшыпнікі, першасны рухавік, другасныя магніты, карэтку для кліента, каб прымацаваць сваю карысную нагрузку, кадавальнік і кабельную трасу.Прыступка з лінейным рухавіком будзе гатовая да запуску пасля пастаўкі і палегчыць жыццё, таму што заказчыку не трэба будзе распрацоўваць і вырабляць прыступку, што патрабуе экспертных ведаў.
Тэрмін службы прыступкі лінейнага рухавіка
Тэрмін службы прыступкі лінейнага рухавіка значна большы, чым прыступкі з прывадам ад рамяня, шарыка-шрубавай або рэечнай шасцярні.Механічныя кампаненты прыступак з ускосным прывадам звычайна з'яўляюцца першымі кампанентамі, якія выходзяць з ладу з-за трэння і зносу, якім яны пастаянна падвяргаюцца.Ступень лінейнага рухавіка - гэта прамы прывад без механічнага кантакту або зносу, таму што асяроддзем перадачы з'яўляецца паветра.Такім чынам, адзіныя кампаненты, якія могуць выйсці з ладу на прыступцы лінейнага рухавіка, - гэта лінейныя падшыпнікі або сам рухавік.
Лінейныя падшыпнікі звычайна маюць вельмі працяглы тэрмін службы, таму што радыяльная нагрузка вельмі нізкая.Тэрмін службы рухавіка будзе залежаць ад сярэдняй працоўнай тэмпературы.На малюнку 8 паказаны тэрмін службы ізаляцыі рухавіка ў залежнасці ад тэмпературы.Правіла заключаецца ў тым, што тэрмін службы будзе скарачацца ўдвая на кожныя 10 градусаў Цэльсія, калі працоўная тэмпература перавышае намінальную тэмпературу.Напрыклад, рухавік класа ізаляцыі F будзе працаваць 325 000 гадзін пры сярэдняй тэмпературы 120°C.
Такім чынам, мяркуецца, што пры асцярожным выбары рухавіка тэрмін службы лінейнага рухавіка будзе складаць больш за 50 гадоў. Гэты тэрмін службы ніколі не можа быць дасягнуты прыступкамі з раменным, шарыка-шрубавым або рэечным прывадам.
Малюнак 8
Прыкладання для лінейных рухавікоў
Лінейныя асінхронныя рухавікі (LIM) у асноўным выкарыстоўваюцца ў прыкладаннях з вялікай даўжынёй ходу і там, дзе патрабуецца вельмі высокая сіла ў спалучэнні з вельмі высокімі хуткасцямі.Прычына выбару лінейнага асінхроннага рухавіка заключаецца ў тым, што кошт другаснай абмоткі будзе значна ніжэйшы, чым пры выкарыстанні PMLSM, а на вельмі высокай хуткасці эфектыўнасць лінейнага асінхроннага рухавіка вельмі высокая, таму будзе страчана мала энергіі.
Напрыклад, EMALS (электрамагнітныя сістэмы запуску), якія выкарыстоўваюцца на авіяносцах для запуску самалётаў, выкарыстоўваюць лінейныя асінхронныя рухавікі.Першая такая сістэма лінейнага рухавіка была ўстаноўлена на авіяносцы USS Gerald R. Ford.Матор можа разагнаць самалёт вагой 45 000 кілаграмаў да 240 км/г па трасе даўжынёй 91 метр.
Яшчэ адзін прыклад парку атракцыёнаў.Лінейныя асінхронныя рухавікі, устаноўленыя на некаторых з гэтых сістэм, могуць разганяць вельмі вялікія грузы ад 0 да 100 км/г за 3 секунды.Прыступкі лінейнага асінхроннага рухавіка таксама можна выкарыстоўваць на RTU (транспартных адзінках робатаў).Большасць RTU выкарыстоўваюць рэечныя прывады, але лінейны асінхронны рухавік можа прапанаваць больш высокую прадукцыйнасць, меншы кошт і значна большы тэрмін службы.
Сінхронныя рухавікі з пастаяннымі магнітамі
PMLSM, як правіла, будуць выкарыстоўвацца ў прыкладаннях з значна меншымі ходамі, меншымі хуткасцямі, але ад высокай да вельмі высокай дакладнасці і інтэнсіўнымі працоўнымі цыкламі.Большасць з гэтых прыкладанняў знаходзяцца ў AOI (аўтаматызаванай аптычнай інспекцыі), вытворчасці паўправаднікоў і лазерных машын.
Выбар прыступак з лінейным рухавіком (прамы прывад) забяспечвае значныя перавагі ў прадукцыйнасці ў параўнанні з непрамымі прывадамі (прыступкі, дзе лінейны рух атрымліваецца шляхам пераўтварэння вярчальнага руху), для доўгатэрміновых канструкцый і падыходзяць для многіх галін прамысловасці.
Час публікацыі: 6 лютага 2023 г