Usa ka pagtan-aw sa lainlaing mga linear nga motor nga magamit ug kung giunsa pagpili ang labing maayo nga tipo alang sa imong aplikasyon.
Ang mosunud nga artikulo usa ka kinatibuk-ang panan-aw sa lainlaing mga lahi sa mga linear nga motor nga magamit, lakip ang ilang mga prinsipyo sa operasyon, kasaysayan sa pag-uswag sa mga permanenteng magnet, mga pamaagi sa pagdesinyo alang sa mga linear nga motor ug sektor sa industriya gamit ang matag klase sa linear nga motor.
Ang Linear Motor Technology mahimong: Linear Induction Motors (LIM) o Permanent Magnet Linear Synchronous Motors (PMLSM).Ang PMLSM mahimong iron core o ironless.Ang tanan nga mga motor magamit sa patag o tubular nga pagsumpo.Ang Hiwin naa sa unahan sa linear motor nga disenyo ug paghimo sulod sa 20 ka tuig.
Mga Bentaha sa Linear Motors
Ang usa ka linear nga motor gigamit sa paghatag og linear nga paglihok, ie, paglihok sa usa ka gihatag nga payload sa usa ka gidiktar nga pagpatulin, katulin, distansya sa pagbiyahe ug katukma.Ang tanan nga mga teknolohiya sa paglihok gawas sa linear nga motor nga gimaneho usa ka matang sa mekanikal nga pagmaneho aron mabag-o ang rotary motion ngadto sa linear motion.Ang ingon nga mga sistema sa paglihok gimaneho sa mga screw sa bola, mga bakus o rack ug pinion.Ang kinabuhi sa serbisyo sa tanan niini nga mga drive nagsalig kaayo sa pagsul-ob sa mga mekanikal nga sangkap nga gigamit aron mabag-o ang rotary motion ngadto sa linear motion ug medyo mubo.
Ang nag-unang bentaha sa linear motors mao ang paghatag og linear motion nga walay bisan unsa nga mekanikal nga sistema tungod kay ang hangin mao ang transmission medium, busa linear motors esensya frictionless drive, nga naghatag og theoretically walay kutub nga serbisyo sa kinabuhi.Tungod kay walay mekanikal nga mga bahin nga gigamit sa paghimo sa linear motion, taas kaayo nga accelerations mga katulin posible diin ang ubang mga drive sama sa ball screws, bakus o rack ug pinion makasugat og seryoso nga mga limitasyon.
Linear Induction Motors
Fig 1
Ang linear induction motor (LIM) mao ang unang naimbento (US patent 782312 - Alfred Zehden sa 1905).Naglangkob kini sa usa ka "primary" nga gilangkuban sa usa ka stack sa electrical steel laminations ug usa ka plurality sa copper coils nga gihatag sa usa ka three-phase nga boltahe ug usa ka "secondary" nga kasagaran gilangkuban sa usa ka steel plate ug usa ka copper o aluminum plate.
Sa diha nga ang mga nag-unang coils gipakusog ang sekondarya mahimong magnetized ug usa ka uma sa eddy sulog naporma sa ikaduhang konduktor.Kini nga sekondaryang uma makig-uban sa panguna nga likod nga EMF aron makamugna og kusog.Ang direksyon sa paglihok mosunod sa wala nga kamot nga lagda ni Fleming ie;ang direksyon sa paglihok mahimong tul-id sa direksyon sa kasamtangan ug direksyon sa field / flux.
Fig 2
Ang mga linear induction motor nagtanyag sa bentaha sa kaayo nga mubu nga gasto tungod kay ang sekondarya wala mogamit bisan unsang permanenteng magnet.Ang mga permanenteng magnet sa NdFeB ug SmCo mahal kaayo.Ang mga linear induction motor naggamit sa kasagaran nga mga materyales, (steel, aluminum, copper), alang sa ilang sekondarya ug wagtangon kini nga risgo sa suplay.
Bisan pa, ang downside sa paggamit sa linear induction motor mao ang pagkaanaa sa mga drive alang sa ingon nga mga motor.Samtang sayon kaayo ang pagpangita sa mga drive alang sa permanenteng magnet linear motors, lisud kaayo ang pagpangita sa mga drive alang sa linear induction motors.
Fig 3
Permanenteng Magnet Linear Synchronous Motors
Permanenteng magnet linear synchronous motors (PMLSM) adunay esensya sa sama nga nag-una sa linear induction motors (ie, usa ka hugpong sa mga coils nga gitaod sa usa ka stack sa electrical steel laminations ug gimaneho sa usa ka tulo-ka-phase boltahe).Nagkalainlain ang sekondarya.
Imbes nga usa ka plato nga aluminyo o tumbaga nga gitaod sa usa ka plato nga puthaw, ang sekondarya gilangkoban sa permanenteng mga magnet nga gitaod sa usa ka plato nga puthaw.Ang matag magnet nga direksyon sa magnetization mag-ilis-ilis kalabot sa nauna sama sa gipakita sa Fig. 3.
Ang dayag nga bentaha sa paggamit sa permanente nga magnet mao ang paghimo sa usa ka permanente nga uma sa secondary.Nakita namon nga ang puwersa namugna sa usa ka induction motor pinaagi sa interaksyon sa nag-unang natad ug ang sekondaryang natad nga magamit ra pagkahuman sa usa ka natad sa mga eddy nga sulog nga nahimo sa sekondarya pinaagi sa airgap sa motor.Kini moresulta sa usa ka paglangan nga gitawag og "slip" ug usa ka paglihok sa sekondarya nga dili dungan sa nag-unang boltahe nga gihatag sa panguna.
Tungod niini nga hinungdan, ang induction linear motors gitawag nga "asynchronous".Sa usa ka permanente nga magnet linear motor, ang sekondaryang paglihok kanunay nga mag-uban sa panguna nga boltahe tungod kay ang sekondaryang umahan kanunay nga magamit ug wala’y paglangan.Tungod niini nga rason, ang permanenteng linear motors gitawag nga "synchronous".
Lainlaing matang sa permanenteng magnet ang mahimong gamiton sa usa ka PMLSM.Sa miaging 120 ka tuig, ang ratio sa matag materyal nausab.Sa karon, ang mga PMLSM naggamit ug NdFeB magnet o SmCo magnets apan ang kadaghanan naggamit ug NdFeB magnets.Ang Fig. 4 nagpakita sa kasaysayan sa Permanent magnet development.
Fig 4
Ang kusog sa magnet gihulagway pinaagi sa produkto sa enerhiya niini sa Megagauss-Oersteds, (MGOe).Hangtud sa tunga-tunga sa otsenta lamang ang Steel, Ferrite ug Alnico ang anaa ug naghatod ug ubos kaayo nga mga produkto sa enerhiya.Ang mga magnet sa SmCo naugmad sa sayong bahin sa 1960 base sa trabaho ni Karl Strnat ug Alden Ray ug sa ulahi gi-komersyal sa ulahing bahin sa dekada 60.
Fig 5
Ang produkto sa enerhiya sa mga magnet nga SmCo sa sinugdan labaw pa sa doble sa produkto sa enerhiya sa mga magnet nga Alnico.Niadtong 1984 ang General Motors ug Sumitomo independente nga nagmugna og NdFeB magnets, usa ka compound sa Neodynium, Iron ug Boron.Ang pagtandi sa mga magnet nga SmCo ug NdFeB gipakita sa Fig. 5.
Ang mga magnet nga NdFeB nagpalambo og mas taas nga puwersa kay sa mga magnet sa SmCo apan mas sensitibo sa taas nga temperatura.Ang mga magnet sa SmCo labi usab nga makasugakod sa kaagnasan ug ubos nga temperatura apan mas mahal.Kung ang temperatura sa pag-operate makaabot sa labing taas nga temperatura sa magnet ang magnet magsugod sa pag-demagnetize, ug kini nga demagnetization dili na mabalik.Ang pagkawala sa magnet nga magnet ang hinungdan sa motor nga mawad-an og kusog ug dili makatagbo sa mga spec.Kung ang magnet naglihok ubos sa labing taas nga temperatura nga 100% sa panahon, ang kusog niini mapreserbar hapit hangtod sa hangtod.
Tungod sa mas taas nga gasto sa SmCo magnets, NdFeB magnets mao ang husto nga pagpili alang sa kadaghanan sa mga motors, ilabi na nga gihatag sa mas taas nga pwersa nga anaa.Bisan pa, alang sa pipila nga mga aplikasyon diin ang temperatura sa pag-opera mahimong taas kaayo nga mas maayo nga gamiton ang mga magnet nga SmCo aron magpalayo sa labing taas nga temperatura sa pag-operate.
Disenyo sa Linear nga mga motor
Ang usa ka linear nga motor sagad nga gidisenyo pinaagi sa Finite Element Electromagnetic Simulation.Usa ka 3D nga modelo ang himuon aron magrepresentar sa lamination stack, coils, magnet, ug steel plate nga nagsuporta sa mga magnet.Ang hangin mahimong modelo sa palibot sa motor ingon man sa airgap.Dayon ang mga kabtangan sa mga materyales ipasulod alang sa tanang mga sangkap: magnet, electrical steel, steel, coils, ug hangin.Ang usa ka mata sa baling pagabuhaton gamit ang H o P nga mga elemento ug ang modelo masulbad.Dayon ang kasamtangan gigamit sa matag coil sa modelo.
Fig. 6 nagpakita sa output sa usa ka simulation diin flux sa tesla gipakita.Ang nag-unang output bili sa interes alang sa simulation mao ang kurso Motor puwersa ug mahimong anaa.Tungod kay ang katapusan nga mga turno sa mga coils dili makamugna og bisan unsa nga pwersa, posible usab nga magpadagan sa usa ka 2D simulation pinaagi sa paggamit sa usa ka 2D nga modelo (DXF o uban pang format) sa motor lakip na ang mga lamination, magnet, ug steel plate nga nagsuporta sa mga magnet.Ang output sa ingon nga 2D simulation mahimong duol kaayo sa 3D simulation ug tukma nga igo aron masusi ang puwersa sa motor.
Fig 6
Ang usa ka linear induction motor mahimong modelo sa parehas nga paagi, pinaagi sa usa ka 3D o 2D nga modelo apan ang pagsulbad mas komplikado kaysa sa usa ka PMLSM.Kini tungod kay ang magnetic flux sa sekondaryang PMLSM ma-modelo dayon pagkahuman sa pagsulod sa mga kabtangan sa magnet, busa usa ra ka solusyon ang kinahanglan aron makuha ang tanan nga mga kantidad sa output lakip ang puwersa sa motor.
Bisan pa, ang secondary flux sa induction motor magkinahanglan og usa ka transient analysis (nagpasabot nga daghang mga solusyon sa usa ka gitakda nga agwat sa oras) aron ang magnetic flux sa LIM secondary matukod ug unya ang pwersa makuha.Ang software nga gigamit alang sa Electromagnetic Finite Element Simulation kinahanglan nga adunay katakus sa pagpadagan sa usa ka lumalabay nga pagtuki.
Linear nga Motor Stage
Fig 7
Ang Hiwin Corporation nagsuplay sa mga linear nga motor sa lebel sa sangkap.Sa kini nga kaso, ang linear motor lamang ug ang mga sekondaryang module ang ipadala.Alang sa usa ka motor nga PMLSM, ang mga sekondaryang modulo maglangkob sa mga plato nga puthaw nga lainlain ang gitas-on diin ang mga permanente nga magnet itapok sa ibabaw.Ang Hiwin Corporation nagsuplay usab og kompleto nga mga yugto sama sa gipakita sa Fig. 7.
Ang ingon nga yugto naglakip sa usa ka frame, linear bearings, ang panguna nga motor, ang sekondaryang mga magnet, usa ka karwahe alang sa kustomer nga ilakip ang iyang kargamento, ang encoder, ug usa ka track sa kable.Ang usa ka linear nga yugto sa motor mahimong andam nga magsugod sa paghatud ug himuon nga labi kadali ang kinabuhi tungod kay ang kustomer dili kinahanglan nga magdesinyo ug maghimo usa ka yugto, nga nanginahanglan kahibalo sa eksperto.
Kinabuhi sa Linear Motor Stage Service
Ang kinabuhi sa serbisyo sa usa ka linear motor nga yugto labi ka taas kaysa usa ka yugto nga gimaneho sa bakus, ball screw o rack ug pinion.Ang mekanikal nga mga sangkap sa dili direkta nga gimaneho nga mga yugto kasagaran ang una nga mga sangkap nga mapakyas tungod sa pagkaguba ug pagsul-ob nga padayon nga nahayag.Ang linear motor stage usa ka direktang drive nga walay mekanikal nga kontak o pagsul-ob tungod kay ang transmission medium kay hangin.Busa, ang bugtong mga sangkap nga mahimong mapakyas sa usa ka linear motor stage mao ang linear bearings o ang motor mismo.
Ang mga linear bearings kasagaran adunay taas nga serbisyo sa kinabuhi tungod kay ang radial load ubos kaayo.Ang kinabuhi sa serbisyo sa motor magdepende sa kasagaran nga temperatura sa pagdagan.Gipakita sa Figure 8 ang kinabuhi sa insulasyon sa motor ingon usa ka function sa temperatura.Ang lagda mao nga ang kinabuhi sa serbisyo makunhuran sa katunga sa matag 10 degrees Celsius nga ang temperatura sa pagpadagan labaw sa gimarkahan nga temperatura.Pananglitan, ang klase sa motor Insulation F modagan ug 325,000 ka oras sa aberids nga temperatura nga 120°C.
Busa, gilauman nga ang usa ka linear motor stage adunay usa ka serbisyo sa kinabuhi sa 50+ ka tuig kung ang motor gipili nga konserbatibo, usa ka serbisyo sa kinabuhi nga dili gayud makab-ot pinaagi sa belt, ball screw, o rack ug pinion driven stages.
Fig 8
Aplikasyon alang sa Linear Motors
Ang mga linear induction motors (LIM) kasagarang gigamit sa mga aplikasyon nga adunay taas nga gitas-on sa pagbiyahe ug diin gikinahanglan ang taas kaayo nga puwersa inubanan sa taas kaayo nga tulin.Ang hinungdan sa pagpili sa usa ka linear induction motor tungod kay ang gasto sa sekondarya mas mubu kaysa kung mogamit usa ka PMLSM ug sa taas nga tulin ang Linear Induction motor nga kahusayan taas kaayo, busa gamay nga gahum ang mawala.
Pananglitan, ang EMALS (Electromagnetic Launch Systems), nga gigamit sa mga tagdala sa ayroplano sa paglansad sa mga ayroplano naggamit mga linear induction motor.Ang una nga ingon nga linear motor nga sistema gi-install sa USS Gerald R. Ford aircraft carrier.Ang motor makapapaspas sa 45,000 kg nga ayroplano sa 240 km/h sa 91 metros nga track.
Laing pananglitan sa pagsakay sa amusement park.Ang mga linear induction motor nga na-install sa pipila niini nga mga sistema makapadali sa taas kaayo nga mga kargamento gikan sa 0 hangtod 100 km/h sa 3 segundos.Ang mga yugto sa linear induction motor mahimo usab nga magamit sa mga RTU, (Robot Transport Units).Kadaghanan sa mga RTU naggamit sa rack ug pinion drive apan ang usa ka linear induction motor mahimo’g magtanyag usa ka labi ka taas nga pasundayag, mubu nga gasto, ug labi ka taas nga kinabuhi sa serbisyo.
Permanenteng Magnet Synchronous Motors
Ang mga PMLSM kasagarang gamiton sa mga aplikasyon nga adunay mas gagmay nga mga stroke, ubos nga katulin apan taas ngadto sa taas kaayo nga katukma ug intensive duty cycles.Kadaghanan niini nga mga aplikasyon makita sa AOI (Automated Optical Inspection), semiconductor ug mga industriya sa makina sa laser.
Ang pagpili sa linear motor driven stages, (direct drive), nagtanyag ug mahinungdanong performance benefits sa dili direkta nga drives, (stages diin linear motion makuha pinaagi sa pag-convert sa rotary motion), para sa long lasting designs ug angayan sa daghang industriya.
Oras sa pag-post: Peb-06-2023