Begirada bat eskuragarri dauden motor lineal desberdinei eta zure aplikaziorako mota optimoa nola hautatu.
Hurrengo artikuluan dauden motor lineal mota ezberdinen ikuspegi orokorra da, horien funtzionamendu-printzipioak, iman iraunkorren garapenaren historia, motor linealen diseinu-metodoak eta motor lineal mota bakoitza erabiltzen duten industria-sektoreak barne.
Motor linealaren teknologia hauek izan daitezke: Indukzio Motor linealak (LIM) edo Iman iraunkorreko motor sinkrono linealak (PMLSM).PMLSM burdinazko nukleoa edo burdinarik gabekoa izan daiteke.Motor guztiak konfigurazio lauan edo tubularrean daude eskuragarri.Hiwin-ek 20 urte daramatza motore linealen diseinuan eta fabrikazioan.
Motor linealen abantailak
Motor lineal bat mugimendu lineala emateko erabiltzen da, hau da, karga jakin bat agindutako azelerazio, abiadura, bidaia-distantzia eta zehaztasunarekin mugitzeko.Mugimendu-teknologia guztiak, motor linealaz gain, mugimendu birakaria mugimendu lineal bihurtzeko gailu mekaniko batzuk dira.Horrelako mugimendu-sistemak bola-torlojuak, uhalak edo kremailera eta pinoi bidez gidatzen dira.Unitate hauen guztien bizitza iraupena mugimendu birakaria mugimendu lineal bihurtzeko erabiltzen diren osagai mekanikoen higaduraren menpekoa da eta nahiko laburra da.
Motor linealen abantaila nagusia sistema mekanikorik gabe mugimendu lineala eskaintzea da, airea transmisio-euskarria delako, beraz, motor linealak funtsean marruskadurarik gabeko unitateak dira, teorikoki bizitza mugagabea eskaintzen baitute.Mugimendu lineala ekoizteko pieza mekanikorik erabiltzen ez denez, azelerazio oso altuak abiadura posibleak dira, bola-torlojuak, uhalak edo kremailera eta pinoia bezalako beste unitate batzuek muga larriak topatuko dituzten tokietan.
Indukzio-motor linealak
1. irudia
Indukzio-motor lineala (LIM) asmatu zen lehenengoa (AEBko 782312 patentea - Alfred Zehden 1905ean).Altzairuzko laminazio elektrikoen pila batez eta tentsio trifasikoz hornitutako kobrezko bobina ugariz osatuta dagoen "primario" batez osatuta dago eta, oro har, altzairuzko xafla batez eta kobre edo aluminiozko xafla batez osatutako "sekundarioa".
Bobina primarioak dinamizatzen direnean sekundarioa magnetizatu egiten da eta eroale sekundarioan korronte ertainen eremu bat sortzen da.Eremu sekundario honek atzeko EMF primarioarekin elkarreragiten izango du indarra sortzeko.Mugimenduaren norabidea Flemingen ezkerreko araua jarraituko du, hots;mugimenduaren norabidea korrontearen eta eremuaren / fluxuaren noranzkoaren perpendikularra izango da.
2. irudia
Indukzio-motor linealek kostu oso baxuaren abantaila eskaintzen dute, sekundarioak ez baitu iman iraunkorrik erabiltzen.NdFeB eta SmCo iman iraunkorrak oso garestiak dira.Indukzio-motor linealek oso ohikoak diren materialak erabiltzen dituzte (altzairua, aluminioa, kobrea), bigarren mailakotzat eta hornitzeko arrisku hori ezabatzen dute.
Dena den, indukzio-motor linealak erabiltzearen alde txarra mota horretako motorrentzako unitateen erabilgarritasuna da.Iman iraunkorreko motor linealetarako unitateak aurkitzea oso erraza den arren, oso zaila da indukzio motor linealetarako unitateak aurkitzea.
3. irudia
Iman iraunkorreko motor sinkrono linealak
Iman iraunkorreko motor sinkrono linealek (PMLSM) indukzio-motor linealaren primario bera dute (hau da, bobina multzo bat altzairuzko laminazio elektrikoen pila batean muntatuta eta tentsio trifasiko batek bultzatuta).Bigarren mailakoa desberdina da.
Altzairuzko plaka batean muntatutako aluminiozko edo kobrezko plaka baten ordez, sekundarioa altzairuzko plaka batean muntatutako iman iraunkorrez osatuta dago.Iman bakoitzaren magnetizazio-norabidea txandakatuko da aurrekoarekiko 3. irudian ikusten den moduan.
Iman iraunkorrak erabiltzearen abantaila nabaria bigarren mailako eremu iraunkor bat sortzea da.Ikusi dugu indukzio-motor batean indarra sortzen dela eremu primarioaren eta eremu sekundarioaren elkarreraginaren ondorioz, motorraren aire hutsunearen bidez sekundarioan korronte ertainen eremu bat sortu ondoren soilik eskuragarri dagoena.Honek "irristaketa" deritzon atzerapena eta sekundarioaren mugimendua primarioari hornitutako tentsio primarioarekin sinkronizatzen ez duena eragingo du.
Horregatik, indukzio-motor linealak "asinkronoak" deitzen dira.Iman iraunkorreko motor lineal batean, bigarren mailako mugimendua beti egongo da tentsio primarioarekin sinkronizatuta, eremu sekundarioa beti eskuragarri dagoelako eta inolako atzerapenik gabe.Hori dela eta, motor lineal iraunkorrei “sinkrono” deitzen zaie.
PMLSM batean iman iraunkor mota desberdinak erabil daitezke.Azken 120 urteotan, material bakoitzaren ratioa aldatu egin da.Gaur egun, PMLSMak NdFeB imanak edo SmCo imanak erabiltzen ari dira, baina gehienek NdFeB imanak erabiltzen dituzte.4. irudiak Iman iraunkorren garapenaren historia erakusten du.
4. irudia
Iman-indarra Megagauss-Oersteds-en (MGOe) duen produktu energetikoa da.Laurogeiko hamarkadaren erdialdera arte Steel, Ferrite eta Alnico bakarrik zeuden eskuragarri eta oso energia baxuko produktuak eskaintzen zituzten.SmCo imanak 1960ko hamarkadaren hasieran garatu ziren Karl Strnat eta Alden Ray-ren lanetan oinarrituta eta gero hirurogeiko hamarkadaren amaieran merkaturatu ziren.
5. irudia
SmCo imanen energia-produktua hasieran Alnico-imanen energia-produktuaren bikoitza baino gehiago zen.1984an General Motorsek eta Sumitomok independenteki garatu zituzten NdFeB imanak, neodinio, burdina eta boro konposatu bat.SmCo eta NdFeB imanen konparaketa 5. irudian ageri da.
NdFeB imanek SmCo imanek baino askoz indar handiagoa garatzen dute, baina tenperatura altuekiko askoz sentikorragoak dira.SmCo imanak korrosioarekiko eta tenperatura baxuekiko askoz ere erresistenteagoak dira, baina garestiagoak dira.Funtzionamendu-tenperatura imanaren tenperatura maximora iristen denean imana desmagnetizatzen hasten da, eta desmagnetizazio hori itzulezina da.Imanak magnetizazioa galtzen duenak motorra indarra galduko du eta ezin izango ditu zehaztapenak bete.Imanak tenperatura maximoaren azpitik funtzionatzen badu denboraren % 100ean, bere indarra ia mugagabean mantenduko da.
SmCo imanen kostu handiagoa dela eta, NdFeB imanak aukera egokia dira motor gehienentzat, batez ere eskuragarri dagoen indar handiagoa kontuan hartuta.Hala ere, funtzionamendu-tenperatura oso altua izan daitekeen aplikazio batzuetan SmCo imanak erabiltzea hobe da funtzionamendu-tenperatura maximotik urrun egoteko.
Motor linealen diseinua
Motor lineal bat, oro har, Elementu Finituen Simulazio Elektromagnetikoaren bidez diseinatzen da.3D eredu bat sortuko da laminazio-pila, bobinak, imanak eta imanak eusten dituen altzairuzko plaka irudikatzeko.Airea motorraren inguruan eta baita aire tartean ere modelatuko da.Ondoren, osagai guztien materialen propietateak sartuko dira: imanak, altzairu elektrikoa, altzairua, bobinak eta airea.Ondoren, H edo P elementuak erabiliz sare bat sortuko da eta eredua konponduko da.Ondoren, korrontea aplikatzen zaio modeloko bobina bakoitzari.
6. irudiak simulazio baten irteera erakusten du, non teslan fluxua bistaratzen den.Simulaziorako interesgarri den irteera-balio nagusia, noski, indarra motorra da eta eskuragarri egongo da.Bobinen amaierako biradek ez baitute indarrik sortzen, 2D simulazio bat ere egin daiteke motorraren 2D eredua (DXF edo beste formatu bat) erabiliz, imanak eusten dituzten laminatuak, imanak eta altzairuzko plaka barne.2D simulazio horren irteera 3D simulaziotik oso hurbila izango da eta indar motorra ebaluatzeko nahikoa zehatza izango da.
6. irudia
Indukzio-motor lineal bat era berean modelatuko da, 3D edo 2D eredu baten bidez baina konponbidea PMLSM batentzat baino zailagoa izango da.Hau da, PMLSM sekundarioaren fluxu magnetikoa berehala modelatuko delako imanen propietateak sartu ondoren, beraz, soluzio bakarra beharko da irteerako balio guztiak lortzeko, indarra motorra barne.
Dena den, indukzio-motorraren bigarren mailako fluxuak azterketa iragankorra beharko du (hau da, hainbat ebatzi denbora-tarte jakin batean), LIM sekundarioaren fluxu magnetikoa eraiki ahal izateko eta orduan bakarrik indarra lortu ahal izateko.Elementu finitu elektromagnetikoen simulaziorako erabiltzen den softwareak analisi iragankor bat egiteko gaitasuna izan beharko du.
Motor lineala etapa
7. irudia
Hiwin Corporation-ek motor linealak hornitzen ditu osagaien mailan.Kasu honetan, motor lineala eta bigarren mailako moduluak bakarrik entregatuko dira.PMLSM motor batentzat, bigarren mailako moduluak luzera ezberdineko altzairuzko xaflaz osatuko dira eta horien gainean iman iraunkorrak muntatuko dira.Hiwin Corporation-ek etapa osoak ere hornitzen ditu 7. irudian ikusten den bezala.
Etapa horrek marko bat, errodamendu linealak, motor primarioa, bigarren mailako imanak, bezeroak bere karga kargatzeko gurdi bat, kodetzailea eta kable-bide bat ditu.Motor-etapa lineal bat prest egongo da entregatzerakoan abiarazteko eta bizitza errazteko, bezeroak ez duelako etapa bat diseinatu eta fabrikatu behar, eta horrek ezagutza aditua eskatzen du.
Motor lineala etapa zerbitzu-bizitza
Motor linealaren etapa baten bizitza iraupena uhalak, bola-torlojuak edo kremailera eta pinoi bidez bultzatutako etapa batena baino dezente luzeagoa da.Zeharka bultzatutako etapetako osagai mekanikoak normalean huts egiten duten lehen osagaiak dira etengabe jasaten duten marruskadura eta higaduragatik.Motor-etapa lineala kontaktu mekanikorik edo higadurarik gabeko gidatze zuzena da, transmisio-euskarria airea baita.Beraz, motor linealeko etapa batean huts egin dezaketen osagai bakarrak errodamendu linealak edo motorra bera dira.
Errodamendu linealek normalean bizitza oso luzea dute, karga erradiala oso baxua delako.Motorraren bizitza iraupena martxan dagoen batez besteko tenperaturaren araberakoa izango da.8. irudiak motorren isolamenduaren bizitza erakusten du tenperaturaren arabera.Araua da funtzio-bizitza erdira murriztuko dela martxan tenperatura nominalaren gainetik dagoen 10 gradu Celsius bakoitzeko.Adibidez, F isolamendu-mailako motor batek 325.000 ordu iraungo du 120 °C-ko batez besteko tenperaturan.
Hori dela eta, aurreikusten da motor lineal-etapa batek 50 urte baino gehiagoko bizitza-bizitza izango duela motorra modu kontserbadoreaz hautatuz gero, uhal, bola-torloju edo kremailer eta pinoi gidatutako etapek inoiz lortu ezin duten bizitza.
8. irudia
Motor linealen aplikazioak
Indukzio-motor linealak (LIM) bidaia luze luzeko aplikazioetan erabiltzen dira gehienbat eta oso indar handia behar den abiadura oso handiekin konbinatuta.Indukzio-motor lineala hautatzeko arrazoia bigarren mailako kostua PMLSM bat erabiliz gero baino dezente txikiagoa izango delako eta abiadura oso handian Indukzio-motor linealaren eraginkortasuna oso altua da, beraz, potentzia gutxi galduko da.
Esaterako, EMALS (Electromagnetic Launch Systems), hegazkin-ontzietan hegazkinak abiarazteko erabiltzen diren indukzio-motor linealak erabiltzen ari dira.Horrelako lehen motor sistema lineala USS Gerald R. Ford hegazkin-ontzian instalatu zen.Motorrak 45.000 kg-ko hegazkin bat azeleratu dezake 240 km/h-tan 91 metroko pista batean.
Beste adibide bat jolas-parkeko ibilaldiak.Sistema horietako batzuetan instalatutako indukzio-motor linealek 0-tik 100 km/h-ko karga oso handiak bizkor ditzakete 3 segundotan.Indukzio-motor linealaren etapak RTU-etan ere erabil daitezke (Robot Garraio Unitateak).RTU gehienek rack eta pinoi unitateak erabiltzen dituzte, baina indukzio-motor lineal batek errendimendu handiagoa, kostu txikiagoa eta bizitza askoz luzeagoa eskain ditzake.
Iman iraunkorreko motor sinkronoak
PMLSMak, normalean, trazu askoz txikiagoak, abiadura baxuagoak baina zehaztasun handiko eta oso handiko eta lan-ziklo intentsiboak dituzten aplikazioetan erabiliko dira.Aplikazio horietako gehienak AOI (Automated Optical Inspection), erdieroaleen eta laser makinen industrietan aurkitzen dira.
Motor lineal gidatutako etapak hautatzeak (zuzeneko gidaritza) errendimendu onura nabarmenak eskaintzen ditu zeharkako diskoen aldean (higidura lineala mugimendu birakaria bihurtuz lortzen den etapak), iraupen luzeko diseinuetarako eta industria askotarako egokiak dira.
Argitalpenaren ordua: 2023-06-06