Қол жетімді әртүрлі сызықтық қозғалтқыштарды және қолданбаңыз үшін оңтайлы түрді қалай таңдауға болатынын қараңыз.
Келесі мақалада қол жетімді желілік қозғалтқыштардың әртүрлі түрлеріне шолу, оның ішінде олардың жұмыс принциптері, тұрақты магниттердің даму тарихы, сызықты қозғалтқыштардың әр түрін пайдаланатын өнеркәсіптік секторлар мен сызықтық қозғалтқыштарды жобалау әдістері.
Сызықтық қозғалтқыш технологиясы келесідей болуы мүмкін: сызықтық асинхронды қозғалтқыштар (LIM) немесе тұрақты магнитті сызықтық синхронды қозғалтқыштар (PMLSM).PMLSM темір өзегі немесе темірсіз болуы мүмкін.Барлық қозғалтқыштар жалпақ немесе құбырлы конфигурацияда қол жетімді.Hiwin 20 жыл бойы сызықты қозғалтқыш дизайны мен өндірісінің алдыңғы қатарында болды.
Сызықтық қозғалтқыштардың артықшылықтары
Сызықтық қозғалтқыш сызықтық қозғалысты қамтамасыз ету үшін қолданылады, яғни берілген пайдалы жүкті белгіленген үдеумен, жылдамдықпен, жүру қашықтығымен және дәлдікпен жылжытады.Сызықтық қозғалтқыштан басқа барлық қозғалыс технологиялары айналмалы қозғалысты сызықтық қозғалысқа түрлендіру үшін қандай да бір механикалық жетек болып табылады.Мұндай қозғалыс жүйелері шарикті бұрандалармен, белдіктермен немесе тірек пен пинионмен басқарылады.Барлық осы жетектердің қызмет ету мерзімі айналмалы қозғалысты сызықтық қозғалысқа түрлендіру үшін қолданылатын механикалық компоненттердің тозуына өте тәуелді және салыстырмалы түрде қысқа.
Сызықтық қозғалтқыштардың басты артықшылығы - ешқандай механикалық жүйесіз сызықты қозғалысты қамтамасыз ету, өйткені ауа беру ортасы болып табылады, сондықтан сызықты қозғалтқыштар теориялық тұрғыдан шексіз қызмет ету мерзімін қамтамасыз ететін үйкеліссіз жетектер болып табылады.Сызықтық қозғалысты жасау үшін механикалық бөліктер пайдаланылмағандықтан, шар бұрандалары, белдіктер немесе тірек пен тістер сияқты басқа жетектер елеулі шектеулерге тап болатын жерде өте жоғары жылдамдықтар мүмкін болады.
Сызықтық асинхронды қозғалтқыштар
1-сурет
Сызықтық асинхронды қозғалтқыш (LIM) бірінші ойлап табылды (АҚШ патенті 782312 – Альфред Зехден 1905 ж.).Ол электрлік болат ламинацияларының дестесінен және үш фазалы кернеумен қамтамасыз етілген көптеген мыс катушкаларынан және әдетте болат пластинадан және мыс немесе алюминий пластинасынан тұратын «екіншіден» тұратын «бастапқыдан» тұрады.
Бастапқы катушкаларға қуат берілгенде қайталама магниттеледі және екінші өткізгіште құйынды токтар өрісі пайда болады.Бұл қайталама өріс күш жасау үшін бастапқы артқы ЭҚК-мен әрекеттеседі.Қозғалыс бағыты Флемингтің сол қол ережесіне сәйкес болады, яғни;қозғалыс бағыты ток бағытына және өріс/ағынның бағытына перпендикуляр болады.
2-сурет
Сызықтық асинхронды қозғалтқыштар өте төмен бағаның артықшылығын ұсынады, өйткені екіншілік ешқандай тұрақты магниттерді пайдаланбайды.NdFeB және SmCo тұрақты магниттері өте қымбат.Сызықтық асинхронды қозғалтқыштар өте кең таралған материалдарды (болат, алюминий, мыс) қайталама ретінде пайдаланады және бұл жеткізу қаупін жояды.
Дегенмен, сызықты асинхронды қозғалтқыштарды пайдаланудың кемшілігі - мұндай қозғалтқыштар үшін жетектердің болуы.Тұрақты магнитті сызықты қозғалтқыштар үшін жетектерді табу өте оңай болғанымен, сызықтық асинхронды қозғалтқыштар үшін жетектерді табу өте қиын.
3-сурет
Тұрақты магнитті сызықты синхронды қозғалтқыштар
Тұрақты магнитті сызықты синхронды қозғалтқыштар (PMLSM) негізінен сызықты асинхронды қозғалтқыштармен бірдей бастапқы қозғалтқышқа ие (яғни, электрлік болат ламинацияларының дестесіне орнатылған және үш фазалы кернеумен қозғалатын катушкалар жиынтығы).Екіншілік ерекшеленеді.
Болаттан жасалған пластинаға орнатылған алюминий немесе мыс пластинасының орнына, екіншілік болат пластинаға орнатылған тұрақты магниттерден тұрады.Әрбір магниттің магниттелу бағыты 3-суретте көрсетілгендей алдыңғысына қатысты кезектесіп отырады.
Тұрақты магниттерді пайдаланудың айқын артықшылығы - қайталамада тұрақты өріс құру.Біз бастапқы өріс пен қайталама өрістің өзара әрекеттесуінен асинхронды қозғалтқышта күш пайда болатынын көрдік, ол қозғалтқыштың ауа саңылауы арқылы екіншілікте құйынды токтар өрісі пайда болғаннан кейін ғана қол жетімді.Бұл «сырғанау» деп аталатын кідіріс пен екіншілік қозғалысының бастапқыға берілетін бастапқы кернеумен синхрондалмауына әкеледі.
Осы себепті индукциялық сызықты қозғалтқыштар «асинхронды» деп аталады.Тұрақты магнитті сызықты қозғалтқышта қайталама қозғалыс әрқашан бастапқы кернеумен синхрондалады, өйткені қайталама өріс әрқашан қол жетімді және ешқандай кідіріссіз.Осы себепті тұрақты сызықты қозғалтқыштар «синхронды» деп аталады.
PMLSM-де тұрақты магниттердің әртүрлі түрлерін қолдануға болады.Соңғы 120 жылда әр материалдың қатынасы өзгерді.Бүгінгі күні PMLSMs NdFeB магниттерін немесе SmCo магниттерін пайдаланады, бірақ басым көпшілігі NdFeB магниттерін пайдаланады.4-суретте Тұрақты магниттің даму тарихы көрсетілген.
4-сурет
Магнит күші оның Мегагаусс-Оерстедстегі (MGOe) энергетикалық өнімімен сипатталады.Сексенінші жылдардың ортасына дейін тек Steel, Ferrite және Alnico ғана қол жетімді болды және өте төмен энергия өнімдерін жеткізеді.SmCo магниттері 1960-шы жылдардың басында Карл Стрнат пен Олден Рэйдің жұмысы негізінде әзірленді және кейінірек алпысыншы жылдардың соңында коммерцияланды.
5-сурет
SmCo магниттерінің энергетикалық өнімі бастапқыда Alnico магниттерінің энергия өнімінен екі есе көп болды.1984 жылы General Motors және Sumitomo тәуелсіз неодиний, темір және бор қосылысы NdFeB магниттерін жасады.SmCo және NdFeB магниттерін салыстыру 5-суретте көрсетілген.
NdFeB магниттері SmCo магниттеріне қарағанда әлдеқайда жоғары күшті дамытады, бірақ жоғары температураға әлдеқайда сезімтал.SmCo магниттері коррозияға және төмен температураға әлдеқайда төзімді, бірақ қымбатырақ.Жұмыс температурасы магниттің максималды температурасына жеткенде магнит магнитсіздене бастайды және бұл магнитсіздену қайтымсыз.Магниттелуді жоғалтқан магнит қозғалтқыштың күшін жоғалтады және техникалық сипаттамаларға сәйкес келмейді.Егер магнит максималды температурадан төмен 100% уақытта жұмыс істесе, оның күші шексіз дерлік сақталады.
SmCo магниттерінің құны жоғары болғандықтан, NdFeB магниттері көптеген қозғалтқыштар үшін дұрыс таңдау болып табылады, әсіресе қол жетімді күшті ескере отырып.Дегенмен, жұмыс температурасы өте жоғары болуы мүмкін кейбір қолданбалар үшін максималды жұмыс температурасынан аулақ болу үшін SmCo магниттерін қолданған жөн.
Сызықтық қозғалтқыштардың конструкциясы
Сызықтық қозғалтқыш әдетте ақырлы элементтердің электромагниттік симуляциясы арқылы жасалған.Ламинация стегін, катушкаларды, магниттерді және магниттерді қолдайтын болат пластинаны көрсету үшін 3D үлгісі жасалады.Ауа қозғалтқыштың айналасында, сондай-ақ ауа саңылауында модельденеді.Содан кейін барлық компоненттер үшін материалдардың қасиеттері енгізіледі: магниттер, электрлік болат, болат, катушкалар және ауа.Содан кейін тор H немесе P элементтері арқылы жасалады және модель шешіледі.Содан кейін модельдегі әрбір орамға ток қолданылады.
6-суретте tesla ағыны көрсетілетін модельдеу шығысы көрсетілген.Модельдеу үшін қызығушылық тудыратын негізгі шығыс мәні, әрине, қозғалтқыш күші болып табылады және ол қолжетімді болады.Катушкалардың соңғы бұрылыстары ешқандай күш тудырмайтындықтан, ламинацияларды, магниттерді және магниттерді қолдайтын болат пластинаны қоса, қозғалтқыштың 2D үлгісін (DXF немесе басқа пішім) пайдалану арқылы 2D модельдеуін орындауға болады.Мұндай 2D симуляциясының нәтижесі 3D модельдеуіне өте жақын және қозғалтқыш күшін бағалау үшін жеткілікті дәл болады.
6-сурет
Сызықтық асинхронды қозғалтқыш 3D немесе 2D үлгісі арқылы бірдей үлгіленеді, бірақ шешу PMLSM-ге қарағанда күрделірек болады.Өйткені, PMLSM қайталама магнит ағыны магниттер қасиеттерін енгізгеннен кейін бірден модельденеді, сондықтан қозғалтқыш күшін қоса алғанда, барлық шығыс мәндерін алу үшін тек бір шешу қажет болады.
Дегенмен, асинхронды қозғалтқыштың қайталама ағыны өтпелі талдауды қажет етеді (белгілі бір уақыт интервалында бірнеше шешуді білдіреді), осылайша LIM қайталама магнит ағынын құруға болады және содан кейін ғана күшті алуға болады.Электромагниттік соңғы элементтерді модельдеу үшін пайдаланылатын бағдарламалық құралдың өтпелі талдауды іске қосу мүмкіндігі болуы керек.
Сызықтық қозғалтқыш кезеңі
7-сурет
Hiwin корпорациясы желілік қозғалтқыштарды құрамдас деңгейде жеткізеді.Бұл жағдайда тек желілік қозғалтқыш пен қосалқы модульдер жеткізіледі.PMLSM қозғалтқышы үшін қосымша модульдер әртүрлі ұзындықтағы болат тақталардан тұрады, олардың үстіне тұрақты магниттер жиналады.Hiwin корпорациясы сонымен қатар 7-суретте көрсетілгендей толық кезеңдерді қамтамасыз етеді.
Мұндай сатыға жақтау, сызықтық мойынтіректер, қозғалтқыштың бірінші бөлігі, қосалқы магниттер, тұтынушыға пайдалы жүкті бекітуге арналған арба, кодтауыш және кабель жолы кіреді.Жеткізу кезінде желілік қозғалтқыш кезеңі іске қосылуға және өмірді жеңілдетуге дайын болады, өйткені тапсырыс берушіге сараптамалық білімді қажет ететін сахнаны жобалау және жасау қажет емес.
Сызықтық қозғалтқыш сатысының қызмет ету мерзімі
Сызықтық қозғалтқыш сатысының қызмет ету мерзімі таспамен, шарикті бұрандамен немесе тірек пен тістемірмен басқарылатын сатыға қарағанда едәуір ұзағырақ.Жанама басқарылатын сатылардың механикалық құрамдастары, әдетте, үздіксіз әсер ететін үйкеліс пен тозуға байланысты бірінші істен шығатын компоненттер болып табылады.Сызықтық қозғалтқыш сатысы механикалық байланыссыз немесе тозусыз тікелей жетек болып табылады, өйткені беріліс ортасы ауа болып табылады.Сондықтан сызықты қозғалтқыш сатысында сәтсіздікке ұшырауы мүмкін жалғыз құрамдас бөліктер сызықтық мойынтіректер немесе қозғалтқыштың өзі болып табылады.
Сызықтық мойынтіректердің әдетте өте ұзақ қызмет ету мерзімі бар, себебі радиалды жүктеме өте төмен.Қозғалтқыштың қызмет ету мерзімі орташа жұмыс температурасына байланысты болады.8-суретте температураның функциясы ретінде қозғалтқыштың оқшаулау мерзімі көрсетілген.Ереже: жұмыс температурасы номиналды температурадан жоғары болған әрбір 10 градус Цельсий үшін қызмет мерзімі екі есе қысқарады.Мысалы, қозғалтқыштың оқшаулау класы F орташа температурада 120°C температурада 325 000 сағат жұмыс істейді.
Сондықтан, егер қозғалтқыш консервативті түрде таңдалса, сызықты қозғалтқыш сатысының қызмет ету мерзімі 50+ жыл болады деп болжанады, бұл қызмет ету мерзімі ешқашан белбеу, шарикті бұранда немесе тірек пен тістегерішпен басқарылатын сатылар арқылы қол жеткізе алмайды.
8-сурет
Сызықтық қозғалтқыштарға арналған қосымшалар
Сызықтық асинхронды қозғалтқыштар (LIM) көбінесе ұзақ жүру ұзақтығы бар қолданбаларда және өте жоғары жылдамдықпен үйлесімде өте жоғары күш қажет болған жағдайда қолданылады.Сызықтық асинхронды қозғалтқышты таңдаудың себебі, екіншілік құны PMLSM пайдаланғанға қарағанда айтарлықтай төмен болады және өте жоғары жылдамдықта Сызықтық асинхронды қозғалтқыштың тиімділігі өте жоғары, сондықтан аз қуат жоғалады.
Мысалы, әуе кемелерін ұшыру үшін әуе кемелерінде қолданылатын EMALS (Электромагниттік ұшыру жүйелері) желілік асинхронды қозғалтқыштарды пайдаланады.Мұндай бірінші желілік қозғалтқыш жүйесі USS Gerald R. Ford ұшақ тасығышында орнатылды.Қозғалтқыш 91 метрлік жолда 45 000 кг ұшақты 240 км/сағ жылдамдықпен жылдамдата алады.
Тағы бір мысал ойын-сауық саябағы аттракциондары.Осы жүйелердің кейбіріне орнатылған желілік асинхронды қозғалтқыштар өте жоғары пайдалы жүктемелерді 3 секундта 0-ден 100 км/сағ-қа дейін жеделдете алады.Сызықтық асинхронды қозғалтқыш сатыларын RTU-да (робот тасымалдау блоктары) да қолдануға болады.Көптеген RTU құрылғылары тірек және пиниондық жетектерді пайдаланады, бірақ сызықтық асинхронды қозғалтқыш жоғары өнімділікті, төмен бағаны және әлдеқайда ұзағырақ қызмет ету мерзімін ұсына алады.
Тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыштар
PMLSM әдетте әлдеқайда аз соққылары, төмен жылдамдықтары бар, бірақ жоғары және өте жоғары дәлдік және қарқынды жұмыс циклдері бар қолданбаларда пайдаланылады.Бұл қолданбалардың көпшілігі AOI (автоматтандырылған оптикалық тексеру), жартылай өткізгіштер және лазерлік машиналар өнеркәсібінде кездеседі.
Сызықтық қозғалтқышпен басқарылатын кезеңдерді таңдау (тікелей жетек) жанама жетектерге қарағанда (сызықты қозғалыс айналмалы қозғалысты түрлендіру арқылы алынатын кезеңдер) ұзақ уақытқа созылатын конструкциялар үшін айтарлықтай өнімділік береді және көптеген салаларға жарамды.
Жіберу уақыты: 06 ақпан 2023 ж