Ар кандай сызыктуу кыймылдаткычтарды карап чыгуу жана колдонмоңуз үчүн оптималдуу типти кантип тандоо керек.
Төмөнкү макалада сызыктуу кыймылдаткычтардын ар кандай түрлөрү, анын ичинде алардын иштөө принциптери, туруктуу магниттердин өнүгүү тарыхы, сызыктуу кыймылдаткычтарды жана сызыктуу кыймылдаткычтын ар бир түрүн колдонгон өнөр жай секторлорун долбоорлоо ыкмаларын карап чыгабыз.
Сызыктуу мотор технологиясы болушу мүмкүн: Сызыктуу индукциялык кыймылдаткычтар (LIM) же Туруктуу магнит сызыктуу синхрондук кыймылдаткычтар (PMLSM).PMLSM темир өзөк же темирсиз болушу мүмкүн.Бардык моторлор жалпак же түтүктүү конфигурацияда болот.Hiwin 20 жылдан бери сызыктуу мотор дизайнында жана өндүрүшүндө алдыңкы орунда турат.
Сызыктуу моторлордун артыкчылыктары
Сызыктуу кыймылдаткыч сызыктуу кыймылды камсыз кылуу үчүн колдонулат, башкача айтканда, берилген жүктү белгиленген ылдамдыкта, ылдамдыкта, жүрүү аралыкта жана тактыкта жылдыруу.Сызыктуу кыймылдаткычтан башка бардык кыймыл технологиялары айланма кыймылды сызыктуу кыймылга айландыруу үчүн кандайдыр бир механикалык диск болуп саналат.Мындай кыймыл системалары шар бурамалар, курлар же стеллаждар жана пиниондор менен башкарылат.Бардык бул дисктердин кызмат мөөнөтү айлануучу кыймылды сызыктуу кыймылга айландыруу үчүн колдонулган механикалык тетиктердин эскиришинен көз каранды жана салыштырмалуу кыска.
Сызыктуу кыймылдаткычтардын негизги артыкчылыгы эч кандай механикалык системасыз сызыктуу кыймылды камсыз кылуу болуп саналат, анткени аба өткөргүч чөйрө болуп саналат, ошондуктан сызыктуу кыймылдаткычтар теориялык жактан чексиз кызмат мөөнөтүн камсыз кылган сүрүлүүсүз кыймылдаткычтар болуп саналат.Сызыктуу кыймылды жасоо үчүн эч кандай механикалык бөлүктөр колдонулбагандыктан, шар бурамалар, курлар же стеллаждар жана пиниондор сыяктуу башка дисктер олуттуу чектөөлөргө дуушар болгон жерде ылдамдыктын өтө жогору болушу мүмкүн.
Сызыктуу асинхрондуу кыймылдаткычтар
Fig 1
Сызыктуу асинхрондуу мотор (LIM) биринчи ойлоп табылган (АКШ патенти 782312 – Альфред Зехден 1905-ж.).Ал электрдик болот ламинацияларынын стектеринен жана үч фазалуу чыңалуу менен камсыздалган бир нече жез катушкаларынан жана жалпысынан болот пластинадан жана жез же алюминий плитасынан түзүлгөн "экинчи даражадагы" бир "негизги" турат.
Баштапкы катушкалар кубатталганда, экинчилик магниттелишет жана экинчилик өткөргүчтө куюлма токтун талаасы пайда болот.Бул экинчилик талаа андан кийин күчтү түзүү үчүн негизги арткы EMF менен өз ара аракеттенет.Кыймыл багыты Флемингдин сол кол эрежесине ылайык болот, б.а.кыймылдын багыты токтун багытына жана талаанын/агымдын багытына перпендикуляр болот.
Fig 2
Сызыктуу асинхрондук кыймылдаткычтар өтө арзан баанын артыкчылыгын сунуштайт, анткени экинчилик туруктуу магниттерди колдонбойт.NdFeB жана SmCo туруктуу магниттери абдан кымбат.Сызыктуу асинхрондуу кыймылдаткычтар өтө кеңири таралган материалдарды (болот, алюминий, жез) экинчилик үчүн колдонушат жана бул камсыздоо коркунучун жок кылат.
Бирок, сызыктуу асинхрондук кыймылдаткычтарды колдонуунун терс жагы - мындай кыймылдаткычтар үчүн дисктердин болушу.Туруктуу магнит сызыктуу кыймылдаткычтары үчүн дисктерди табуу абдан оңой болгону менен, сызыктуу асинхрондук кыймылдаткычтар үчүн дисктерди табуу абдан кыйын.
Fig 3
Туруктуу магнит сызыктуу синхрондук кыймылдаткычтар
Туруктуу магниттик сызыктуу синхрондук кыймылдаткычтар (PMLSM) негизинен сызыктуу асинхрондук кыймылдаткычтар менен бирдей биринчиликке ээ (б.а. электрдик болот ламинацияларынын стектерине орнотулган жана үч фазалуу чыңалуу менен кыймылдаткычтардын жыйындысы).Экинчиси айырмаланат.
Болот пластинкага орнотулган алюминий же жез пластинкасынын ордуна, экинчилик болот пластинкага орнотулган туруктуу магниттерден турат.Ар бир магниттин магниттештирүү багыты 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй мурункуга карата алмашып турат.
Туруктуу магниттерди колдонуунун айкын артыкчылыгы - экинчиликте туруктуу талааны түзүү.Асинхрондук кыймылдаткычта биринчилик талаа менен экинчилик талаанын өз ара аракеттенүүсү аркылуу күч түзүлөөрүн көрдүк, ал мотордун аба боштугу аркылуу экинчиликте куюлган токтун талаасы түзүлгөндөн кийин гана жеткиликтүү болот.Бул "тайгак" деп аталган кечигүү жана экинчиликтин биринчиликке берилген негизги чыңалуу менен синхрондогон эмес кыймылына алып келет.
Ушул себептен улам, индукциялык сызыктуу кыймылдаткычтар "асинхрондуу" деп аталат.Туруктуу магнит сызыктуу кыймылдаткычта экинчилик кыймыл ар дайым негизги чыңалуу менен синхрондолот, анткени экинчилик талаа ар дайым жеткиликтүү жана эч кандай кечиктирбестен.Ушул себептен улам, туруктуу сызыктуу кыймылдаткычтар "синхрондуу" деп аталат.
PMLSMде туруктуу магниттердин ар кандай түрлөрүн колдонсо болот.Акыркы 120 жылдын ичинде ар бир материалдын катышы өзгөрдү.Бүгүнкү күндө PMLSMs NdFeB магниттерин же SmCo магниттерин колдонуп жатышат, бирок басымдуу көпчүлүгү NdFeB магниттерин колдонушат.4-сүрөт Туруктуу магниттин өнүгүү тарыхын көрсөтөт.
Fig 4
Магнит күчү анын энергия продуктусу менен мүнөздөлөт Megagauss-Oersteds, (MGOe).Сексенинчи жылдардын ортосуна чейин Steel, Ferrite жана Alnico гана бар болчу жана өтө аз энергия продуктыларын жеткиришкен.SmCo магниттери 1960-жылдардын башында Карл Стрнат менен Олден Рэйдин эмгектеринин негизинде иштелип чыккан жана кийинчерээк 60-жылдардын аягында коммерциялаштырылган.
Fig 5
SmCo магниттеринин энергетикалык продуктусу алгач Alnico магниттеринин энергия продуктусунан эки эсе көп болгон.1984-жылы General Motors жана Sumitomo өз алдынча NdFeB магниттерин, неодиний, темир жана бордун кошулмасын иштеп чыгышкан.SmCo жана NdFeB магниттерин салыштыруу 5-сүрөттө көрсөтүлгөн.
NdFeB магниттери SmCo магниттерине караганда бир топ жогору күчкө ээ, бирок жогорку температурага бир топ сезгич.SmCo магниттери коррозияга жана төмөн температурага бир топ туруктуу, бирок кымбатыраак.Иштөө температурасы магниттин максималдуу температурасына жеткенде магнит демагнетизациялана баштайт жана бул демагнетизация кайтарылгыс болот.Магниттештирүүнү жоготкон магнит мотордун күчүн жоготуп, мүнөздөмөлөргө жооп бере албай калат.Эгерде магнит максималдуу температурадан 100% төмөн иштесе, анын күчү дээрлик чексиз сакталат.
SmCo магниттеринин баасы жогору болгондуктан, NdFeB магниттери көпчүлүк кыймылдаткычтар үчүн туура тандоо болуп саналат, айрыкча жогорку күчтү эске алуу менен.Бирок, иштөө температурасы өтө жогору болгон кээ бир колдонмолор үчүн максималдуу иштөө температурасынан алыс болуу үчүн SmCo магниттерин колдонуу артык.
Сызыктуу моторлордун конструкциясы
Сызыктуу кыймылдаткыч көбүнчө Чектүү элементтердин электромагниттик симуляциясы аркылуу иштелип чыккан.Ламинация стектерин, катушкаларды, магниттерди жана магниттерди колдогон болот плитасын көрсөтүү үчүн 3D модели түзүлөт.Аба мотордун айланасында, ошондой эле аба боштугунда моделделет.Андан кийин материалдардын касиеттери бардык компоненттерге киргизилет: магниттер, электр болот, болот, катушкалар жана аба.Андан кийин H же P элементтерин колдонуу менен тор түзүлөт жана модель чечилет.Андан кийин ток моделдеги ар бир катушка колдонулат.
6-сүрөттө тесладагы агым көрсөтүлгөн симуляциянын чыгышы көрсөтүлгөн.Модельдештирүү үчүн кызыкчылыктын негизги чыгыш мааниси, албетте, Мотор күчү жана жеткиликтүү болот.Катушкалардын соңку бурулуштары эч кандай күч жаратпагандыктан, мотордун 2D моделин (DXF же башка форматты) колдонуу менен 2D симуляциясын жүргүзүүгө болот, анын ичинде ламинациялар, магниттер жана магниттерди колдогон болот плитасы.Мындай 2D симуляциясынын натыйжасы 3D симуляциясына абдан жакын жана мотор күчүн баалоо үчүн жетиштүү так болот.
Fig 6
Сызыктуу асинхрондук мотор 3D же 2D модели аркылуу ушундай эле моделделет, бирок чечүү PMLSMге караганда татаалыраак болот.Себеби, PMLSM экинчи магниттик агымы магниттердин касиеттерине киргенден кийин дароо моделделет, ошондуктан бардык чыгуу маанилерин, анын ичинде мотор күчүн алуу үчүн бир гана чечүү талап кылынат.
Бирок, асинхрондук кыймылдаткычтын экинчи агымы убактылуу анализди талап кылат (белгилүү бир убакыт аралыгында бир нече чечүүнү билдирет), LIM экинчилик магниттик агымын курууга жана ошондон кийин гана күчтү алууга болот.Электромагниттик чектүү элементтерди симуляциялоо үчүн колдонулган программалык камсыздоо убактылуу анализди жүргүзүү мүмкүнчүлүгүнө ээ болушу керек.
Сызыктуу мотор этабы
Fig 7
Hiwin корпорациясы линиялык моторлорду компонент деңгээлинде камсыздайт.Бул учурда, сызыктуу мотор жана экинчи модулдар гана жеткирилет.PMLSM мотору үчүн экинчи модулдар ар кандай узундуктагы болот плиталарынан турат, алардын үстүнө туруктуу магниттер чогулат.Hiwin Corporation да 7-сүрөттө көрсөтүлгөндөй толук баскычтарды берет.
Мындай баскычка рамка, сызыктуу подшипниктер, мотордун негизги, экинчи магниттер, кардар өзүнүн пайдалуу жүгүн бекитүү үчүн арабасы, коддоочу жана кабелдик жол кирет.Сызыктуу мотор баскычы жеткирилгенден кийин баштоого даяр жана жашоону жеңилдетет, анткени кардар эксперттик билимди талап кылган сахнаны долбоорлоонун жана жасоонун кереги жок.
Сызыктуу мотор этабы Кызмат мөөнөтү
Сызыктуу мотор стадиясынын кызмат мөөнөтү ремень, шариктик бурама же стеллаж жана пинион менен башкарылуучу баскычка караганда бир кыйла узун.Кыйыр түрдө башкарылган баскычтардын механикалык компоненттери, адатта, сүрүлүү жана эскирүүдөн улам үзгүлтүксүз дуушар болгон биринчи компоненттери болуп саналат.Сызыктуу мотор баскычы - бул механикалык байланышы жок же эскириши жок түз кыймылдаткыч, анткени берүү чөйрөсү аба.Демек, сызыктуу мотор баскычында иштебей калышы мүмкүн болгон бирден-бир компоненттер сызыктуу подшипниктер же мотордун өзү.
Сызыктуу подшипниктер, адатта, радиалдык жүк өтө аз болгондуктан, өтө узак кызмат мөөнөтү бар.Мотордун иштөө мөөнөтү орточо иштөө температурасына жараша болот.8-сүрөт температуранын функциясы катары мотор изоляциясынын иштөө мөөнөтүн көрсөтөт.Эреже иштеп жаткан температура номиналдык температурадан жогору болсо, ар бир 10 градус Цельсий үчүн кызмат мөөнөтү эки эсеге кыскарат.Мисалы, мотор изоляция классы F 120°C орточо температурада 325 000 саат иштейт.
Демек, кыймылдаткыч консервативдүү түрдө тандалса, сызыктуу мотор стадиясынын кызмат мөөнөтү 50+ жыл болот, бул кызмат мөөнөтү эч качан ремень, шариктик бурама же стеллаждар жана пиниондор менен башкарылуучу стадиялар менен жетүүгө мүмкүн эмес.
Fig 8
Сызыктуу моторлор үчүн колдонмолор
Сызыктуу асинхрондук кыймылдаткычтар (LIM) көбүнчө узак жүрүү узундугу бар колдонмолордо колдонулат жана өтө жогорку күч абдан жогорку ылдамдык менен бирге талап кылынат.Сызыктуу асинхрондук кыймылдаткычты тандоонун себеби, экинчиликтин баасы PMLSM колдонгонго караганда бир топ төмөн болот жана өтө жогорку ылдамдыкта Сызыктуу асинхрондук мотордун эффективдүүлүгү өтө жогору болгондуктан, аз кубаттуулук жоголот.
Мисалы, EMALS (Электромагниттик учуруу системалары), учактарды учуруу үчүн учак ташуучу кемелерде колдонулган сызыктуу асинхрондук кыймылдаткычтарды колдонушат.Мындай биринчи линиялык мотор системасы USS Gerald R. Ford авианосецине орнотулган.Мотор 91 метрлик жолдо 45 000 кг учакты 240 км/саат ылдамдата алат.
Дагы бир мисал оюн-зоок паркында аттракциондор.Бул системалардын айрымдарына орнотулган сызыктуу асинхрондук кыймылдаткычтар 3 секунданын ичинде 0дөн 100 км/саатка чейин өтө чоң жүктөрдү тездете алат.Сызыктуу индукциялык кыймылдаткыч баскычтары RTUларда да колдонулушу мүмкүн, (Робот транспорттук бирдиктери).Көпчүлүк RTU стеллаждар жана пиниондук дисктерди колдонушат, бирок сызыктуу асинхрондук мотор жогорку өндүрүмдүүлүктү, арзан бааны жана бир топ узак кызмат мөөнөтүн сунуштай алат.
Туруктуу магниттик синхрондук кыймылдаткычтар
PMLSMs, адатта, бир топ кичине соккулары, төмөнкү ылдамдыгы, бирок жогоркудан өтө жогорку тактыкка жана интенсивдүү милдет циклдерине ээ колдонмолордо колдонулат.Бул колдонмолордун көбү AOI (автоматташтырылган оптикалык текшерүү), жарым өткөргүч жана лазердик машина өнөр жайларында кездешет.
Сызыктуу кыймылдаткычтын баскычтарын тандоо (түздөн-түз диск) кыйыр дисктерге (сызыктуу кыймыл айлануу кыймылын айландыруу аркылуу алынган этаптар), узакка созулган конструкциялар үчүн олуттуу аткаруу артыкчылыктарын сунуштайт жана көптөгөн тармактарга ылайыктуу.
Посттун убактысы: 06-февраль 2023-ж