Изучите эффективные решения для листового металла

Нажмите, чтобы узнать о листогибочных прессах, обрезных станках, лазерных резаках и многом другом от Artizono. Повысьте эффективность производства с помощью инновационных промышленных решений.

Линейные двигатели: Принцип работы, характеристики и применение

I. Принцип работы линейных двигателей

Линейные двигатели - это устройства, которые напрямую преобразуют электрическую энергию в линейное механическое движение без каких-либо промежуточных механизмов преобразования. Их можно представить как вращающиеся двигатели, которые были разрезаны по радиусу и развернуты в плоскую плоскость.

Также известные как линейные двигатели или линейные приводы, наиболее распространенные типы - планшетные, U-канальные и трубчатые. Типичная конфигурация катушки - трехфазная, а бесщеточное переключение фаз осуществляется с помощью датчиков на эффекте Холла.

Принцип работы и характеристики линейных двигателей

Линейные двигатели часто описываются просто как роторные двигатели, которые были размотаны, и работают по тому же принципу. Вилка (ротор) изготавливается путем сжатия катушек вместе с эпоксидным материалом; магнитная дорожка состоит из магнитов (обычно высокоэнергетических редкоземельных магнитов), прикрепленных к стали.

Форсаж двигателя включает в себя обмотки катушек, печатные платы датчиков на основе эффекта Холла, терморегуляторы (датчики, контролирующие температуру) и электронные интерфейсы. В роторных двигателях для поддержки форсирующего устройства и статора требуются ротационные подшипники, поддерживающие форсирующее устройство и воздушный зазор между движущимися частями. Аналогично, линейные двигатели нуждаются в линейные направляющие для поддержания положения вилки в магнитном поле, создаваемом магнитным треком.

Подобно энкодерам, установленным на валах вращающихся серводвигателей для обратной связи по положению, линейные двигатели нуждаются в линейных энкодерах для прямого измерения положения груза, что повышает точность позиционирования груза.

Управление линейными двигателями аналогично управлению роторными двигателями. Как и в бесщеточных роторных моторах, винт и статор механически не соединены (бесщеточные).

В отличие от роторных двигателей, в которых вращается винт, а статор остается неподвижным, в линейных двигателях может перемещаться либо магнитопровод, либо упорная катушка (в большинстве систем позиционирования магнитопровод неподвижен, а упорная катушка подвижна). В двигателях с подвижными упорными катушками вес упорной катушки и груза очень мал.

Однако для этого требуются очень гибкие кабели и системы управления ими. В двигателях с подвижными магнитными дорожками необходимо выдерживать не только нагрузку, но и вес магнитной дорожки, что исключает необходимость в системе управления кабелями.

В линейных и роторных двигателях используются схожие электромеханические принципы. Те же электромагнитные силы, которые создают крутящий момент в роторных двигателях, создают линейную тягу в линейных двигателях.

Поэтому в линейных моторах используются те же управляющие и программируемые конфигурации, что и в роторных моторах. Форма линейных двигателей может быть планшетной, U-образной или трубчатой, в зависимости от конкретных требований и условий эксплуатации.

По принципу действия линейные двигатели можно разделить на два основных типа: один, в котором движитель (подвижная часть) перемещается в магнитном поле, известен как линейный двигатель маглева, а другой, в котором движитель остается неподвижным в магнитном поле и приводится в движение электромагнитной силой, известен как линейный двигатель с электромагнитной тягой.

(1) Линейный двигатель Maglev

Принцип работы линейного двигателя маглева заключается в использовании магнитного поля для подвешивания движителя в воздухе, что позволяет добиться бесконтактного движения без трения. К этому типу линейных двигателей в основном относятся синхронные линейные двигатели с постоянными магнитами (PMSLM) и линейные двигатели с электромагнитной подвеской (EMSLM).

ПМСЛМ используют взаимодействие между магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами, и магнитным полем статора для подвешивания движителя. Основными преимуществами ПМСЛМ являются простота конструкции, низкая стоимость и стабильная работа.

Однако интенсивность магнитного поля ограничена из-за наличия постоянных магнитов, что приводит к относительному снижению тяги и скорости.

В EMSLM для подвеса движителя используется сила магнитной левитации, создаваемая электромагнитным полем. Их главное преимущество - более высокая напряженность магнитного поля, что приводит к относительно большей тяге и скорости. Однако EMSLM имеют более сложную конструкцию и более высокую стоимость.

(2) Электромагнитный тяговый линейный двигатель

Линейный двигатель с электромагнитной тягой работает за счет использования электромагнитной силы для перемещения движителя в магнитном поле. В эту категорию входят линейные двигатели переменного тока (ACLM) и линейные двигатели постоянного тока (DCLM).

ACLM работают за счет электромагнитной силы, создаваемой переменным током для перемещения движителя. Основными преимуществами ACLM являются их простота, низкая стоимость и стабильная работа. Однако характеристики переменного тока ограничивают их тягу и скорость.

В DCLM для перемещения движителя используется электромагнитная сила, создаваемая постоянным током. Основным преимуществом DCLM является более высокая тяга и скорость, но они имеют более сложную структуру и более дорогостоящие в реализации.

II. Характеристики линейных двигателей

До появления практичных и доступных линейных двигателей все линейные перемещения приходилось преобразовывать из вращательных механизмов с помощью шарико-винтовых пар, роликовых винтов, ремней или шкивов. Для многих применений, особенно связанных с большими нагрузками и вертикальными приводными валами, эти методы по-прежнему являются наилучшими.

Однако линейные двигатели имеют множество уникальных преимуществ перед механическими системами, таких как очень высокие и очень низкие скорости, высокое ускорение, практически полное отсутствие технического обслуживания (отсутствие контактных деталей), высокая точность и отсутствие люфта.

Для многих приложений имеет смысл использовать только двигатель, без редукторов, муфт или шкивов, что позволяет отказаться от лишних деталей, снижающих производительность и сокращающих срок службы механической части.

1) Простая структура.

Трубчатые линейные двигатели непосредственно производят линейное перемещение без промежуточных механизмов преобразования, значительно упрощая конструкцию, уменьшая инерцию движения и существенно улучшая динамический отклик и точность позиционирования. Это также повышает надежность, снижает затраты, упрощает производство и обслуживание. Первичная и вторичная части двигателя могут непосредственно стать частью механизма - уникальная комбинация, которая еще больше демонстрирует эти преимущества.

2) Подходит для высокоскоростного линейного перемещения.

Поскольку центробежная сила не препятствует движению, обычные материалы могут достигать более высоких скоростей. Более того, если для поддержания зазора между первичной и вторичной передачей используются воздушные или магнитные подушки, то механический контакт во время движения отсутствует, а значит, нет трения и шума. Это означает, что детали трансмиссии не изнашиваются, что значительно снижает механические потери и исключает шум от кабелей, стальных канатов, шестерен и шкивов, повышая тем самым общую эффективность.

3) Высокий коэффициент использования первичных обмоток.

В трубчатых линейных асинхронных двигателях первичные обмотки имеют форму блина без концевых витков, что обеспечивает высокий коэффициент использования обмотки.

4) Отсутствие эффекта поперечных кромок.

Поперечные эффекты означают ослабление магнитного поля на границах из-за поперечных разрывов. Цилиндрические линейные двигатели не имеют поперечных разрывов, поэтому магнитное поле равномерно распределено по окружности.

5) Легко преодолевает одностороннее магнитное притяжение.

Радиальные силы притяжения уравновешивают друг друга, практически исключая проблему одностороннего магнитного притяжения.

6) Легко регулировать и контролировать.

Регулируя напряжение или частоту, или меняя вторичный материал, можно добиться различных скоростей и электромагнитной тяги, что подходит для низкоскоростных возвратно-поступательных операций.

7) Сильная адаптивность.

Первичный сердечник линейного двигателя может быть покрыт эпоксидной смолой, обеспечивающей хорошую коррозионную стойкость и влагостойкость, что позволяет использовать его во влажной, пыльной и вредной газовой среде. Кроме того, он может быть выполнен в различных конструкциях для удовлетворения различных потребностей.

8) Высокое ускорение.

Это значительное преимущество линейных приводов по сравнению с другими винтовыми, синхронный ременьПриводы с зубчатой рейкой.

III. Применение линейных двигателей

Линейные двигатели, известные своей эффективностью, точностью и высокой скоростью, широко используются в различных областях.

  1. Транспорт

В транспортном секторе линейные двигатели используются в основном в высокоскоростных поездах, метро и лифтах. Например, в немецких поездах "маглев" используются линейные двигатели с магнитной левитацией, что обеспечивает более высокую скорость и снижает уровень шума.

Кроме того, линейные двигатели могут быть интегрированы в системы привода электромобилей для повышения их производительности.

  1. Промышленное производство

В промышленном производстве линейные двигатели используются главным образом в станок с ЧПУ инструменты и роботы. Например, системы подачи инструмента в Станки с ЧПУ приводятся в действие линейными двигателями, что обеспечивает большую точность обработки и быстрое время отклика.

Кроме того, линейные двигатели могут использоваться на конвейерных лентах и роботах-манипуляторах на автоматизированных производственных линиях, повышая тем самым производительность.

  1. Медицинская сфера

В медицинской сфере линейные двигатели в основном применяются в устройствах для получения медицинских изображений, таких как компьютерные томографы и аппараты МРТ. Эти устройства требуют точного управления диапазоном сканирования и скоростью рентгеновского излучения или магнитного поля, а линейные двигатели обеспечивают высокую точность и управление скоростью, повышая точность и эффективность диагностики.

  1. Научные исследования

В научных исследованиях линейные двигатели находят широкое применение в ускорителях частиц и астрономических телескопах. Например, в ускорительных кольцах Большого адронного коллайдера (БАК) используются линейные двигатели, которые обеспечивают более высокие возможности ускорения и более стабильную работу.

Кроме того, линейные двигатели могут использоваться в системах автоматической фокусировки астрономических телескопов, повышая точность и эффективность наблюдений.

Всего в одном шаге!

Начните революцию в обработке листового металла

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх