ดูลิเนียร์มอเตอร์แบบต่างๆ ที่มีให้เลือกและวิธีเลือกประเภทที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานของคุณ
บทความต่อไปนี้เป็นภาพรวมของลิเนียร์มอเตอร์ประเภทต่างๆ ที่มี รวมถึงหลักการทำงาน ประวัติการพัฒนาแม่เหล็กถาวร วิธีการออกแบบสำหรับลิเนียร์มอเตอร์และภาคอุตสาหกรรมที่ใช้มอเตอร์เชิงเส้นแต่ละประเภท
เทคโนโลยีมอเตอร์เชิงเส้นอาจเป็น: มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้น (LIM) หรือมอเตอร์ซิงโครนัสเชิงเส้นแม่เหล็กถาวร (PMLSM)PMLSM สามารถเป็นแกนเหล็กหรือไม่รีดก็ได้มอเตอร์ทั้งหมดมีให้เลือกทั้งแบบแบนหรือแบบท่อHiwin อยู่ในระดับแนวหน้าของการออกแบบและผลิตมอเตอร์แนวราบเป็นเวลา 20 ปี
ข้อดีของลิเนียร์มอเตอร์
มอเตอร์เชิงเส้นถูกนำมาใช้เพื่อให้การเคลื่อนที่เชิงเส้น กล่าวคือ การเคลื่อนย้ายน้ำหนักบรรทุกที่กำหนดด้วยความเร่ง ความเร็ว ระยะการเดินทาง และความแม่นยำที่กำหนดเทคโนโลยีการเคลื่อนไหวทั้งหมดนอกเหนือจากการขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เชิงเส้นคือการขับเคลื่อนทางกลบางประเภทเพื่อแปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นระบบการเคลื่อนไหวดังกล่าวขับเคลื่อนด้วยบอลสกรู สายพาน หรือแร็คแอนด์พีเนียนอายุการใช้งานของไดรฟ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับการสึกหรอของส่วนประกอบทางกลที่ใช้ในการแปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการเคลื่อนที่แนวเส้น และค่อนข้างสั้น
ข้อได้เปรียบหลักของลิเนียร์มอเตอร์คือการให้การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงโดยไม่มีระบบกลไกใดๆ เนื่องจากอากาศเป็นตัวกลางในการส่งผ่าน ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วลิเนียร์มอเตอร์จึงเป็นตัวขับเคลื่อนที่ไร้แรงเสียดทาน ซึ่งให้อายุการใช้งานที่ไม่จำกัดในทางทฤษฎีเนื่องจากไม่มีการใช้ชิ้นส่วนเชิงกลเพื่อสร้างการเคลื่อนที่เชิงเส้น การเร่งความเร็วที่สูงมากจึงเป็นไปได้ที่ความเร็วที่ไดรฟ์อื่นๆ เช่น บอลสกรู สายพาน หรือแร็คแอนด์พีเนียนจะพบข้อจำกัดร้ายแรง
มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้น
รูปที่ 1
มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้น (LIM) เป็นผู้คิดค้นขึ้นเป็นครั้งแรก (สิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกา 782312 – Alfred Zehden ในปี 1905)ประกอบด้วย "ตัวหลัก" ที่ประกอบด้วยชั้นเคลือบเหล็กไฟฟ้าและขดลวดทองแดงจำนวนหนึ่งที่จ่ายโดยแรงดันไฟฟ้าสามเฟส และ "ตัวรอง" โดยทั่วไปประกอบด้วยแผ่นเหล็กและแผ่นทองแดงหรืออะลูมิเนียม
เมื่อขดลวดปฐมภูมิได้รับพลังงาน ขดลวดทุติยภูมิจะกลายเป็นแม่เหล็กและสนามของกระแสไหลวนจะก่อตัวขึ้นในตัวนำทุติยภูมิฟิลด์รองนี้จะโต้ตอบกับ EMF ด้านหลังหลักเพื่อสร้างแรงทิศทางการเคลื่อนที่จะเป็นไปตามกฎมือซ้ายของเฟลมมิง กล่าวคือทิศทางการเคลื่อนที่จะตั้งฉากกับทิศทางของกระแสและทิศทางของสนาม/ฟลักซ์
รูปที่ 2
มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นมีข้อได้เปรียบในด้านต้นทุนที่ต่ำมาก เนื่องจากมอเตอร์แบบทุติยภูมิไม่ใช้แม่เหล็กถาวรใดๆแม่เหล็กถาวร NdFeB และ SmCo มีราคาแพงมากมอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นใช้วัสดุทั่วไป (เหล็ก อะลูมิเนียม ทองแดง) เป็นตัวรอง และขจัดความเสี่ยงในการจัดหา
อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของการใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นคือความพร้อมใช้งานของไดรฟ์สำหรับมอเตอร์ดังกล่าวแม้ว่าจะหาไดรฟ์สำหรับมอเตอร์เชิงเส้นแม่เหล็กถาวรได้ง่ายมาก แต่การหาไดรฟ์สำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นนั้นยากมาก
รูปที่ 3
มอเตอร์ซิงโครนัสเชิงเส้นแม่เหล็กถาวร
มอเตอร์ซิงโครนัสเชิงเส้นแม่เหล็กถาวร (PMLSM) มีหลักการหลักเหมือนกับมอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้น (เช่น ชุดของขดลวดที่ติดตั้งบนชั้นเคลือบเหล็กไฟฟ้าและขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าสามเฟส)รองแตกต่างกัน
แทนที่จะติดตั้งแผ่นอลูมิเนียมหรือทองแดงบนแผ่นเหล็ก แผ่นรองจะประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรที่ติดตั้งบนแผ่นเหล็กทิศทางการดึงดูดของแม่เหล็กแต่ละอันจะสลับกันไปตามลำดับก่อนหน้านี้ดังแสดงในรูปที่ 3
ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนของการใช้แม่เหล็กถาวรคือการสร้างสนามแม่เหล็กถาวรในทุติยภูมิเราพบว่าแรงนั้นถูกสร้างขึ้นบนมอเตอร์เหนี่ยวนำโดยการทำงานร่วมกันของสนามปฐมภูมิและสนามทุติยภูมิ ซึ่งจะมีได้ก็ต่อเมื่อมีการสร้างสนามกระแสไหลวนในทุติยภูมิผ่านทางช่องว่างอากาศของมอเตอร์ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการหน่วงเวลาที่เรียกว่า "สลิป" และการเคลื่อนที่ของกระแสไฟสำรองไม่สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าหลักที่จ่ายให้กับไฟหลัก
ด้วยเหตุนี้ มอเตอร์เชิงเส้นเหนี่ยวนำจึงถูกเรียกว่า "อะซิงโครนัส"สำหรับมอเตอร์เชิงเส้นแม่เหล็กถาวร การเคลื่อนที่ทุติยภูมิจะประสานกับแรงดันไฟฟ้าหลักเสมอ เนื่องจากสนามไฟฟ้าทุติยภูมิพร้อมใช้งานเสมอและไม่มีการหน่วงเวลาใดๆด้วยเหตุนี้จึงเรียกมอเตอร์เชิงเส้นตรงถาวรว่า "ซิงโครนัส"
สามารถใช้แม่เหล็กถาวรประเภทต่างๆ กับ PMLSM ได้ในช่วง 120 ปีที่ผ่านมา อัตราส่วนของวัสดุแต่ละชนิดเปลี่ยนไปณ วันนี้ PMLSM ใช้แม่เหล็ก NdFeB หรือแม่เหล็ก SmCo แต่ส่วนใหญ่ใช้แม่เหล็ก NdFeBรูปที่ 4 แสดงประวัติการพัฒนาแม่เหล็กถาวร
รูปที่ 4
ความแรงของแม่เหล็กมีลักษณะตามผลิตภัณฑ์พลังงานใน Megagauss-Oersteds, (MGOe)จนถึงช่วงกลางทศวรรษที่ 80 มีเพียง Steel, Ferrite และ Alnico เท่านั้นที่มีจำหน่ายและส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่ใช้พลังงานต่ำมากแม่เหล็ก SmCo ได้รับการพัฒนาในช่วงต้นทศวรรษ 1960 โดยอิงจากผลงานของ Karl Strnat และ Alden Ray และต่อมาได้จำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในช่วงปลายอายุหกสิบเศษ
รูปที่ 5
ผลิตภัณฑ์ด้านพลังงานของแม่เหล็ก SmCo ในขั้นต้นมีมากกว่าผลิตภัณฑ์ด้านพลังงานของแม่เหล็ก Alnico มากกว่าสองเท่าในปี 1984 General Motors และ Sumitomo ร่วมกันพัฒนาแม่เหล็ก NdFeB ซึ่งเป็นสารประกอบของนีโอไดเนียม เหล็ก และโบรอนการเปรียบเทียบแม่เหล็ก SmCo และ NdFeB แสดงในรูปที่ 5
แม่เหล็ก NdFeB พัฒนาแรงที่สูงกว่าแม่เหล็ก SmCo แต่มีความไวต่ออุณหภูมิสูงกว่ามากแม่เหล็ก SmCo ยังทนทานต่อการกัดกร่อนและอุณหภูมิต่ำได้ดีกว่ามาก แต่มีราคาแพงกว่าเมื่ออุณหภูมิการทำงานถึงอุณหภูมิสูงสุดของแม่เหล็ก แม่เหล็กจะเริ่มล้างอำนาจแม่เหล็ก และการล้างอำนาจแม่เหล็กนี้จะไม่สามารถย้อนกลับได้แม่เหล็กที่สูญเสียความเป็นแม่เหล็กจะทำให้มอเตอร์สูญเสียแรงและไม่สามารถทำงานได้ตามข้อกำหนดหากแม่เหล็กทำงานต่ำกว่าอุณหภูมิสูงสุด 100% ของเวลา ความแรงของแม่เหล็กจะคงอยู่เกือบไม่มีกำหนด
เนื่องจากแม่เหล็ก SmCo มีราคาสูงกว่า แม่เหล็ก NdFeB จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับมอเตอร์ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาจากแรงที่สูงกว่าอย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานบางอย่างที่อุณหภูมิการทำงานอาจสูงมาก ควรใช้แม่เหล็ก SmCo เพื่ออยู่ห่างจากอุณหภูมิการทำงานสูงสุด
การออกแบบมอเตอร์เชิงเส้น
มอเตอร์เชิงเส้นได้รับการออกแบบโดยทั่วไปผ่านการจำลองแม่เหล็กไฟฟ้าแบบจำกัดองค์ประกอบแบบจำลอง 3 มิติจะถูกสร้างขึ้นเพื่อแสดงกองเคลือบ ขดลวด แม่เหล็ก และแผ่นเหล็กที่รองรับแม่เหล็กอากาศจะถูกสร้างขึ้นรอบๆ มอเตอร์และในช่องว่างอากาศจากนั้นจะมีการป้อนคุณสมบัติของวัสดุสำหรับส่วนประกอบทั้งหมด: แม่เหล็ก เหล็กไฟฟ้า เหล็ก ขดลวด และอากาศจากนั้นตาข่ายจะถูกสร้างขึ้นโดยใช้องค์ประกอบ H หรือ P และแก้ไขแบบจำลองจากนั้นกระแสจะถูกนำไปใช้กับแต่ละขดลวดในแบบจำลอง
รูปที่ 6 แสดงผลลัพธ์ของการจำลองโดยแสดงฟลักซ์ในเทสลาค่าเอาต์พุตหลักที่น่าสนใจสำหรับการจำลองคือ แรงมอเตอร์ และจะพร้อมใช้งานเนื่องจากการหมุนปลายของขดลวดไม่ก่อให้เกิดแรงใด ๆ จึงเป็นไปได้ที่จะเรียกใช้การจำลองแบบ 2 มิติโดยใช้แบบจำลอง 2 มิติ (DXF หรือรูปแบบอื่น) ของมอเตอร์ ซึ่งรวมถึงการเคลือบ แม่เหล็ก และแผ่นเหล็กที่รองรับแม่เหล็กผลลัพธ์ของการจำลอง 2 มิติดังกล่าวจะใกล้เคียงกับการจำลอง 3 มิติมากและแม่นยำเพียงพอที่จะประเมินแรงของมอเตอร์
รูปที่ 6
มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นจะถูกสร้างแบบจำลองในลักษณะเดียวกัน ไม่ว่าจะผ่านแบบจำลอง 3 มิติหรือ 2 มิติ แต่การแก้ปัญหาจะซับซ้อนกว่าสำหรับ PMLSMนี่เป็นเพราะฟลักซ์แม่เหล็กของ PMLSM ทุติยภูมิจะถูกสร้างแบบจำลองทันทีหลังจากป้อนคุณสมบัติของแม่เหล็ก ดังนั้นจึงต้องใช้การแก้โจทย์เพียงครั้งเดียวเพื่อให้ได้ค่าเอาต์พุตทั้งหมดรวมถึงแรงมอเตอร์
อย่างไรก็ตาม ฟลักซ์ทุติยภูมิของมอเตอร์เหนี่ยวนำจะต้องมีการวิเคราะห์ชั่วคราว (หมายถึงการแก้ปัญหาหลายครั้งในช่วงเวลาที่กำหนด) เพื่อให้สามารถสร้างฟลักซ์แม่เหล็กของ LIM ทุติยภูมิและจากนั้นจึงจะสามารถรับแรงได้เท่านั้นซอฟต์แวร์ที่ใช้สำหรับการจำลององค์ประกอบจำกัดแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องมีความสามารถในการเรียกใช้การวิเคราะห์ชั่วคราว
ลิเนียร์มอเตอร์สเตจ
รูปที่ 7
Hiwin Corporation จัดหามอเตอร์เชิงเส้นในระดับส่วนประกอบในกรณีนี้ จะมีการจัดส่งเฉพาะลิเนียร์มอเตอร์และโมดูลรองเท่านั้นสำหรับมอเตอร์ PMLSM โมดูลรองจะประกอบด้วยแผ่นเหล็กที่มีความยาวต่างกันซึ่งด้านบนจะประกอบเป็นแม่เหล็กถาวรHiwin Corporation ยังจัดหาขั้นตอนที่สมบูรณ์ดังแสดงในรูปที่ 7
เวทีดังกล่าวประกอบด้วยเฟรม ตลับลูกปืนเชิงเส้น มอเตอร์หลัก แม่เหล็กรอง แคร่สำหรับลูกค้าที่จะแนบน้ำหนักบรรทุก ตัวเข้ารหัส และรางเคเบิลสเตจมอเตอร์เชิงเส้นจะพร้อมเริ่มทำงานเมื่อส่งมอบและทำให้ชีวิตง่ายขึ้นเนื่องจากลูกค้าไม่จำเป็นต้องออกแบบและผลิตสเตจซึ่งต้องใช้ความรู้จากผู้เชี่ยวชาญ
อายุการใช้งานของสเตจมอเตอร์เชิงเส้น
อายุการใช้งานของสเตจมอเตอร์เชิงเส้นนั้นยาวนานกว่าสเตจที่ขับเคลื่อนด้วยสายพาน บอลสกรู หรือแร็คแอนด์พีเนียนอย่างมากส่วนประกอบทางกลของขั้นตอนที่ขับเคลื่อนโดยอ้อมมักเป็นส่วนประกอบแรกที่ล้มเหลวเนื่องจากแรงเสียดทานและการสึกหรอที่สัมผัสอย่างต่อเนื่องสเตจมอเตอร์เชิงเส้นคือการขับเคลื่อนโดยตรงที่ไม่มีการสัมผัสทางกลหรือสึกหรอเนื่องจากตัวกลางในการส่งกำลังเป็นอากาศดังนั้น ส่วนประกอบเดียวที่สามารถใช้งานไม่ได้บนสเตจมอเตอร์เชิงเส้นคือตลับลูกปืนเชิงเส้นหรือตัวมอเตอร์เอง
ตลับลูกปืนเชิงเส้นโดยทั่วไปมีอายุการใช้งานยาวนานมาก เนื่องจากภาระในแนวรัศมีต่ำมากอายุการใช้งานของมอเตอร์จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทำงานเฉลี่ยรูปที่ 8 แสดงอายุของฉนวนมอเตอร์ตามฟังก์ชันของอุณหภูมิกฎคืออายุการใช้งานจะลดลงครึ่งหนึ่งทุกๆ 10 องศาเซลเซียสที่อุณหภูมิทำงานสูงกว่าอุณหภูมิที่กำหนดตัวอย่างเช่น ฉนวนมอเตอร์คลาส F จะทำงาน 325,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิเฉลี่ย 120°C
ดังนั้นจึงคาดการณ์ได้ว่าสเตจมอเตอร์เชิงเส้นจะมีอายุการใช้งาน 50+ ปี หากเลือกมอเตอร์อย่างระมัดระวัง ซึ่งเป็นอายุการใช้งานที่ไม่สามารถทำได้ด้วยสายพาน บอลสกรู หรือสเตจที่ขับเคลื่อนด้วยแร็คแอนด์พีเนียน
รูปที่ 8
การประยุกต์ใช้งานสำหรับมอเตอร์เชิงเส้น
มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้น (LIM) ส่วนใหญ่จะใช้ในงานที่ต้องเดินทางไกลและต้องใช้แรงสูงมากรวมกับความเร็วที่สูงมากเหตุผลที่เลือกใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นเนื่องจากค่าใช้จ่ายของมอเตอร์ตัวที่สองจะต่ำกว่าการใช้ PMLSM อย่างมาก และที่ความเร็วสูงมาก ประสิทธิภาพของมอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นจะสูงมาก ดังนั้นจึงสูญเสียพลังงานเพียงเล็กน้อย
ตัวอย่างเช่น EMALS (Electromagnetic Launch Systems) ที่ใช้บนเรือบรรทุกเครื่องบินเพื่อปล่อยเครื่องบินกำลังใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นระบบมอเตอร์เชิงเส้นดังกล่าวเป็นครั้งแรกได้รับการติดตั้งบนเรือบรรทุกเครื่องบิน USS Gerald R. Fordเครื่องยนต์สามารถเร่งเครื่องบินน้ำหนัก 45,000 กก. ที่ 240 กม./ชม. บนราง 91 เมตร
อีกตัวอย่างเครื่องเล่นในสวนสนุกมอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นที่ติดตั้งในระบบเหล่านี้บางระบบสามารถเร่งน้ำหนักบรรทุกที่สูงมากจาก 0 ถึง 100 กม./ชม. ใน 3 วินาทีสเตจมอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นยังสามารถใช้กับ RTU (หน่วยขนส่งหุ่นยนต์)RTU ส่วนใหญ่ใช้ไดรฟ์แร็คแอนด์พีเนียน แต่มอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นสามารถให้ประสิทธิภาพที่สูงกว่า ต้นทุนที่ต่ำกว่า และอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่ามาก
มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร
โดยทั่วไปแล้ว PMLSM จะถูกใช้กับแอปพลิเคชันที่มีระยะชักน้อยกว่ามาก ความเร็วต่ำกว่า แต่มีความแม่นยำสูงถึงสูงมาก และรอบการทำงานที่เข้มข้นแอปพลิเคชันเหล่านี้ส่วนใหญ่พบได้ในอุตสาหกรรม AOI (การตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ) เซมิคอนดักเตอร์ และเครื่องจักรเลเซอร์
การเลือกสเตจที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เชิงเส้น (ไดเร็กต์ไดร์ฟ) มอบประโยชน์ด้านประสิทธิภาพที่สำคัญเหนือไดร์ฟทางอ้อม (สเตจที่ได้รับการเคลื่อนที่เชิงเส้นโดยการแปลงการเคลื่อนที่แบบหมุน) สำหรับการออกแบบที่มีอายุการใช้งานยาวนานและเหมาะสำหรับหลายอุตสาหกรรม
เวลาโพสต์: ก.พ.-06-2023