Un sguardu à i diversi motori lineari dispunibili è cumu selezziunate u tipu ottimale per a vostra applicazione.
L'articulu seguente hè una panoramica di i diversi tipi di mutori lineari dispunibili, cumpresi i so principii di funziunamentu, a storia di u sviluppu di i magneti permanenti, i metudi di cuncepimentu per i mutori lineari è i settori industriali chì utilizanu ogni tipu di mutori lineari.
Tecnulugia di u Motore Linear pò esse: Motori Induzione Lineari (LIM) o Motori Sincroni Lineari à Magneti Permanenti (PMLSM).PMLSM pò esse un core di ferru o senza ferru.Tutti i mutori sò dispunibuli in cunfigurazione piatta o tubulare.Hiwin hè stata à l'avanguardia di u disignu è a fabricazione di mutori lineari per 20 anni.
Vantaghji di i motori lineari
Un mutore lineare hè utilizatu per furnisce un muvimentu lineale, vale à dì, movendu una carica utile à una accelerazione, velocità, distanza di viaghju è precisione dettate.Tutte e tecnulugii di u muvimentu altru ch'è u mutore lineare guidatu sò una sorta di unità meccanica per cunvertisce u muvimentu rotativu in u muvimentu lineale.Tali sistemi di muvimentu sò guidati da viti à bola, cinture o cremagliera è pignone.A vita di serviziu di tutte queste unità hè assai dipendente da l'usura di i cumpunenti meccanichi utilizati per cunvertisce u muvimentu rotativu in u muvimentu lineale è hè relativamente corta.
U vantaghju principali di i mutori lineari hè di furnisce un muvimentu lineale senza alcun sistema meccanicu perchè l'aria hè u mezzu di trasmissione, dunque i mutori lineari sò essenzialmente azionamenti senza attritu, chì furnisce una vita di serviziu teoricamente illimitata.Perchè ùn sò micca aduprate parti meccaniche per pruduce un muvimentu lineale, l'accelerazioni assai elevate sò e velocità sò pussibuli induve altre unità, cum'è viti à sfera, cinture o cremagliera è pignone, scontru seriu limitazioni.
Motori à induzione lineari
Fig 1
U mutore di induzione lineale (LIM) hè statu u primu inventatu (brevettu US 782312 - Alfred Zehden in 1905).Hè custituitu da un "primariu" cumpostu da una pila di laminati d'acciaio elettricu è una pluralità di bobine di rame furnite da una tensione trifase è un "secundariu" generalmente cumpostu da una piastra d'acciaio è una piastra di ramu o d'aluminiu.
Quandu e bobine primarie sò energizate, u secundariu diventa magnetizatu è un campu di correnti eddy hè furmatu in u cunduttore secundariu.Stu campu secundariu interagisce dopu cù l'EMF back primariu per generà forza.A direzzione di u muvimentu seguitarà a regula di a manu manca di Fleming, vale à dì;a direzzione di u muvimentu serà perpendiculare à a direzzione di u currente è a direzzione di u campu / flussu.
Fig 2
I mutori di induzione lineari offrenu u vantaghju di un costu assai bassu perchè u secundariu ùn usa micca magneti permanenti.I magneti permanenti NdFeB è SmCo sò assai caru.I mutori di induzione lineari utilizanu materiali assai cumuni, (acciaio, aluminium, ramu), per u so secundariu è eliminanu stu risicu di furnimentu.
Tuttavia, l'inconveniente di l'usu di i mutori di induzione lineari hè a dispunibilità di unità per tali muturi.Mentre hè assai faciule di truvà unità per i motori lineari à magneti permanenti, hè assai difficiule di truvà unità per i mutori di induzione lineari.
Fig 3
Motori sincroni lineari à magneti permanenti
I mutori sincroni lineari di magneti permanenti (PMLSM) anu essenzialmente u listessu primariu cum'è i mutori di induzione lineari (vale à dì, un inseme di bobine muntate nantu à una pila di laminati d'acciaio elettrici è guidati da una tensione trifase).U secundariu differisce.
Invece di una piastra d'aluminiu o di ramu muntata nantu à una piastra d'acciaio, u secundariu hè cumpostu di magneti permanenti muntati nantu à una piastra d'acciaio.A direzzione di magnetizazione di ogni magnetizazione alternerà cù u precedente cum'è mostra in Fig. 3.
U vantaghju evidenti di utilizà magneti permanenti hè di creà un campu permanente in u secundariu.Avemu vistu chì a forza hè generata nantu à un mutore di induzione da l'interazzione di u campu primariu è u campu secundariu chì hè dispunibule solu dopu chì un campu di currenti eddy hè statu creatu in u secundariu à traversu l'airgap di u mutore.Questu risultatu in un ritardu chjamatu "slip" è un muvimentu di u secundariu micca in sincronia cù a tensione primaria furnita à u primariu.
Per quessa, i mutori lineari di induzione sò chjamati "asynchronous".In un mutore lineare di magnete permanente, u muvimentu secundariu serà sempre in sincronia cù a tensione primaria perchè u campu secundariu hè sempre dispunibule è senza ritardu.Per quessa, i mutori lineari permanenti sò chjamati "sincroni".
Diversi tipi di magneti permanenti ponu esse utilizati nantu à un PMLSM.In l'ultimi 120 anni, u rapportu di ogni materiale hà cambiatu.A data d'oghje, i PMLSM utilizanu magneti NdFeB o magneti SmCo, ma a maiò parte usanu magneti NdFeB.Fig. 4 mostra a storia di u sviluppu magnetu permanente.
Fig 4
A forza di magnete hè carattarizatu da u so pruduttu energeticu in Megagauss-Oersteds, (MGOe).Finu à a mità di l'anni ottanta solu Steel, Ferrite è Alnico eranu dispunibuli è furnisce prudutti d'energia assai bassu.I magneti SmCo sò stati sviluppati à l'iniziu di l'anni 1960 basatu annantu à u travagliu di Karl Strnat è Alden Ray è più tardi cummercializati à a fini di l'anni sessanta.
Fig 5
U prodottu energia di magnets SmCo era inizialmente più di duppiu di u prodottu energia di magnets Alnico.In u 1984 General Motors è Sumitomo anu sviluppatu indipendentemente magneti NdFeB, un compostu di Neodynium, Ferru è Boru.A paraguni di i magneti SmCo è NdFeB hè mostratu in Fig.
I magneti NdFeB sviluppanu una forza assai più alta cà i magneti SmCo, ma sò assai più sensibili à e alte temperature.I magneti SmCo sò ancu assai più resistenti à a corrosione è à e basse temperature, ma sò più caru.Quandu a temperatura di u funziunamentu righjunghji a temperatura massima di u magnetu, u magnetu cumencia à demagnetize, è sta demagnetizazione hè irreversibile.A magnetizazione chì perde a magnetizazione farà chì u mutore perde a forza è ùn pò micca scuntrà i specs.Se u magnetu opera sottu a temperatura massima 100% di u tempu, a so forza serà cunservata quasi indefinitu.
A causa di u costu più altu di i magneti SmCo, i magneti NdFeB sò a scelta ghjusta per a maiò parte di i mutori, in particulare datu a forza più altu dispunibule.Tuttavia, per certi appiicazioni induve a temperatura di u funziunamentu pò esse assai altu, hè preferibile aduprà magneti SmCo per stà luntanu da a temperatura massima di u funziunamentu.
Disegnu di mutori lineari
Un mutore lineale hè generalmente cuncepitu per via di a simulazione elettromagnetica di elementi finiti.Un mudellu 3D serà creatu per rapprisintà a pila di laminazione, bobine, magneti è piastra d'acciaio chì sustene i magneti.L'aria serà modellata intornu à u mutore è ancu in l'airgap.Allora e proprietà di i materiali seranu inseriti per tutti i cumpunenti: magneti, azzaru elettricu, azzaru, bobine è aria.Una maglia serà tandu creata cù elementi H o P è u mudellu risolve.Allora u currente hè appiicatu à ogni bobina in u mudellu.
Fig. 6 mostra l'output di una simulazione induve u flussu in tesla hè visualizatu.U valore di output principale di interessu per a simulazione hè di sicuru Forza Motore è serà dispunibule.Perchè i turni finali di e bobine ùn pruduceranu alcuna forza, hè ancu pussibule di eseguisce una simulazione 2D utilizendu un mudellu 2D (DXF o altru formatu) di u mutore cumpresi laminazioni, magneti è piastra d'acciaio chì sustene i magneti.L'output di una tale simulazione 2D serà assai vicinu à a simulazione 3D è abbastanza precisa per valutà a forza di u mutore.
Fig 6
Un mutore di induzione lineale serà modellatu in u listessu modu, sia via un mudellu 3D o 2D, ma a suluzione serà più cumplicata chè per un PMLSM.Questu hè chì u flussu magneticu di u PMLSM secundariu serà modellatu istantaneamente dopu avè intrutu in e proprietà di i magneti, per quessa, solu una solu suluzione serà necessaria per ottene tutti i valori di output cumpresi a forza di u mutore.
In ogni casu, u flussu secundariu di u mutore di induzione hà bisognu di un analisi transitorio (vale à dì parechji risolve à un intervallu di tempu determinatu) in modu chì u flussu magneticu di u secundariu LIM pò esse custruitu è solu allora a forza pò esse acquistata.U software utilizatu per a Simulazione Elettromagnetica di Elementi Finiti duverà avè a capacità di eseguisce una analisi transitoria.
Stadiu di u Motore Linear
Fig 7
Hiwin Corporation furnisce mutori lineari à u livellu di cumpunenti.In questu casu, solu u mutore lineale è i moduli secundarii seranu mandati.Per un mutore PMLSM, i moduli secondari seranu custituiti da platti d'acciaio di diverse lunghezze nantu à quale i magneti permanenti seranu assemblati.Hiwin Corporation furnisce ancu tappe cumplete cum'è mostra in Fig. 7.
Una tale tappa include un quadru, cuscinetti lineari, u primariu di u mutore, i magneti secundarii, un carru per u cliente per attaccà a so carica, l'encoder è una pista di cable.Una tappa di u mutore lineale serà pronta per inizià à a consegna è rende a vita più faciule perchè u cliente ùn hà micca bisognu di cuncepisce è fabricà una tappa, chì richiede cunniscenze esperte.
Vita di serviziu di u mutore lineale
A vita di serviziu di una tappa di u mutore lineare hè considerablemente più longa ch'è una tappa guidata da cinturione, vite a sfera o cremagliera è pignone.I cumpunenti meccanichi di tappe guidate indirettamente sò tipicamente i primi cumpunenti à fallu per via di l'attrito è l'usura chì sò continuamente esposti.Un stadiu di u mutore lineale hè un drive direttu senza cuntattu meccanicu o usura perchè u mediu di trasmissione hè l'aria.Dunque, l'unicu cumpunenti chì ponu fallu in un stadiu di u mutore lineale sò i cuscinetti lineari o u mutore stessu.
I cuscinetti lineari tipicamente anu una vita di serviziu assai longa perchè a carica radiale hè assai bassa.A vita di serviziu di u mutore dipenderà da a temperatura media di corsa.A Figura 8 mostra a vita di l'insulazione di u mutore in funzione di a temperatura.A regula hè chì a vita di serviziu serà dimezzata per ogni 10 gradi Celsius chì a temperatura di u funziunamentu hè sopra à a temperatura nominale.Per esempiu, un mutore Classe d'insulation F currirà 325.000 ore à una temperatura media di 120 ° C.
Per quessa, hè previstu chì una tappa di u mutore lineale averà una vita di serviziu di 50+ anni se u mutore hè sceltu cunservativu, una vita di serviziu chì ùn pò mai esse ottenuta da cinturione, vite a sfera o fasi guidate à cremagliera è pignone.
Fig 8
Applicazioni per i Motori Lineari
I mutori di induzione lineari (LIM) sò soprattuttu usati in applicazioni cù longu viaghju è induve hè necessaria una forza assai alta cumminata cù velocità assai elevate.U mutivu di selezziunà un mutore di induzione lineale hè chì u costu di u secundariu serà considerablemente più bassu chè s'ellu si usa un PMLSM è à una velocità assai alta l'efficienza di u mutore di induzione lineale hè assai alta, cusì pocu putere serà persu.
Per esempiu, EMALS (Electromagnetic Launch Systems), utilizatu nantu à i trasportatori di aerei per lancià l'aviò, utilizanu mutori di induzione lineari.U primu tali sistema di mutore lineare hè stallatu nantu à u trasportatore di l'aviò USS Gerald R. Ford.U mutore pò accelerà un aviò di 45 000 kg à 240 km / h nantu à una pista di 91 metri.
Un altru esempiu di parchi di divertimentu.I mutori di induzione lineari installati nantu à alcuni di questi sistemi ponu accelerà carichi utili assai elevati da 0 à 100 km / h in 3 seconde.I tappe di mutori di induzione lineari ponu ancu esse aduprate in RTU, (Unità di trasportu di robot).A maiò parte di e RTU utilizanu unità di cremagliera è pignone, ma un mutore di induzione lineale pò offre un rendimentu più altu, un costu più bassu è una vita di serviziu assai più longa.
Motori sincroni à magneti permanenti
I PMLSM seranu tipicamente aduprati in applicazioni cù colpi assai più chjuchi, velocità più bassu ma precisione alta à assai alta è cicli di travagliu intensivi.A maiò parte di sti appiicazioni si trovanu in l'industria di l'AOI (Inspeczione Ottica Automatizzata), semiconductor è laser machine.
A selezzione di stadi guidati di mutori lineari, (azionamentu direttu), offre benefizii di rendiment significativu annantu à i drive indiretti, (stadi induve u muvimentu lineale hè ottenutu cunvertisce u muvimentu rotativu), per disinni di longa durata è sò adattati per parechje industrie.
Tempu di Postu: Feb-06-2023