Tiesiniai varikliai naudoja magnetus skirtingai – dauguma inžinierių į tai neatsižvelgia
Tiesiniai varikliai pašalina sukimosi į linijinį mechaninį pakeitimo etapą – nėra rutulinio sraigto, be stelažo ir krumpliaračio, be diržo. Jėga sukuriama tiesiai tiesinėje ašyje. Tai skamba paprasčiau nei sukamasis variklis, varantis varžtą, o tam tikra prasme taip ir yra. Tačiau linijinio variklio magnetų reikalavimai iš esmės skiriasi nuo rotacinio, o skirtumai ne visada akivaizdūs elektromagnetikos vadovėlio aprašyme.
Trys labiausiai paplitusios linijinių variklių konfigūracijos yra plokščio tipo (U-kanalas arba be geležies forceris), vamzdinis tipas ir balso ritės pavara. Kiekvienam reikalinga skirtinga magneto geometrija, klasė ir specifikacijos. Šiame straipsnyje aptariama kiekvieno projektavimo sprendimo magnetinė pusė, ypatingą dėmesį skiriant toms programoms, kuriose specifikacijų klaidos yra brangiausios: puslaidininkių plokštelių tvarkymas, staklių padavimo ašys ir tiesioginės pavaros tikslumo etapai.
1. U kanalo (geležinės šerdies ir be geležies) tiesiniai varikliai: magnetinis takelis
Plačiausiai naudojama linijinio variklio konfigūracija staklėse ir portalinėse sistemose yra U kanalo arba „linijinio sinchroninio variklio“ formatas. Statorius yra magnetinis takelis – serija NdFeB blokelių, sumontuotų ant plieninės atraminės plokštės su kintančia šiaurės-pietų polių orientacija. Jėga (judančioji dalis) neša ritės apvijas ir juda šiuo takeliu, generuodama traukos jėgą per elektromagnetinę sąveiką su kintamu lauku.
Įprasto U formos kanalo bėgių magnetų blokai yra 20–50 mm pločio, 10–30 mm ilgio (važiavimo kryptimi) ir 5–15 mm storio, priklausomai nuo variklio galios. Poliaus žingsnis – atstumas nuo centro iki centro tarp gretimų to paties poliškumo magnetų – lemia variklio elektrinį periodą ir tiesiogiai veikia traukos pulsaciją. Trumpesnis polių žingsnis sumažina jėgos bangavimą, bet padidina reikiamą perjungimo dažnį tam tikram greičiui. Dauguma staklių linijinių variklių naudoja 20–40 mm polių žingsnius pastūmos ašims, veikiančioms 1–5 m/s greičiu.
Staklių linijinių variklių vikšrų rūšį pasirinkti paprasta: N45 arba N48 standartinėms nuolatinio darbo ašims, N45SH arba N48SH greitaeigiams veleno darbams, kai statoriaus apvijos šiluma pakelia bėgių temperatūrą virš 80 laipsnių. Klaida nurodant N52, kad būtų gautas maksimalus srauto tankis – esant aukštesnei nei 60 laipsnių bėgių temperatūrai, N52 srauto tankio pranašumas prieš N48 gerokai susiaurėja (ir Br, ir Hcj suyra su temperatūra, o N52 turi mažesnį Hcj), o išlaidų priemoka nėra pagrįsta. N48H arba N48SH dengia tą patį našumą mažesnėmis sąnaudomis ir geresne šiluminės saugos riba.
Magneto ir magneto nuoseklumas bėgių kelio sąrankoje yra specifikacija, kuri labiausiai veikia judėjimo kokybę. Iš eilės veikiantys magnetai, kurių Br pokytis viršija ±2 %, sukuria aptinkamą jėgos pokytį poliaus žingsnio erdviniame dažnyje – tai rodoma kaip periodiškas greičio bangavimas tikslumo ašyse. Staklių padavimo ašims, kurių paviršiaus apdailos reikalavimai yra mažesni nei Ra 0,4 μm, Br pokytis vikšrų partijoje turėtų būti ±1 % arba didesnis, todėl reikia pasirinkti iš surūšiuotos gamybos serijos, o ne atsitiktinės traukos.
2. Puslaidininkių ir elektronikos gamyba: kur užterštumas viršija laipsnį
Plokščių tvarkymo sistemos, fotolitografijos etapai ir PCB tikrinimo portalai naudoja linijinius variklius, tačiau specifikacijų aplinka visiškai skiriasi nuo staklių. Dominuojantys apribojimai nėra jėgos tankis ar šiluminis efektyvumas – jie yra dujų išmetimas ir dalelių susidarymas.
Sukepinti NdFeB magnetai su standartine nikelio danga nėra priimtini 10 ar 100 klasės švariose patalpose. Standartinė Ni-Cu-Ni danga turi mikroporingumą, kuris sulaiko ir lėtai išskiria angliavandenilių junginius vakuume, o dangos kraštai gali generuoti submikronines daleles, jei magnetai patiria mechaninį kontaktą. Abu gedimo būdai yra katastrofiški plokštelių išeigai.
Tinkamas švarios patalpos linijinių variklių metodas yra vienas iš trijų variantų. Pirmiausia naudokite vakuume keptą NdFeB su beelektriniu nikeliu arba auksiniu sluoksniu – vakuuminis kepimas pašalina didžiąją dalį įstrigusių dujų išskiriančių rūšių prieš magnetui patenkant į švarią patalpą, o tankesnė beelektrinio nikelio arba aukso danga sukuria tolygesnį barjerą nei galvanizuotas Ni-Cu-Ni. Antra, naudokite samariumo kobalto (SmCo) magnetus, kurių BHmax yra mažesnis nei geriausių NdFeB rūšių, bet daug mažesnis dujų išsiskyrimo greitis dėl kobalto dominuojančios paviršiaus chemijos ir didesnio cheminio stabilumo. SmCo Gr28 arba Gr30 (280–300 kJ/m³ BHmax) yra standartinis 200 mm ir 300 mm plokštelių pakopoms, veikiančioms esant vidutiniams jėgos poreikiams. Trečia, naudokite visiškai įdėtus magnetų mazgus, kur kiekvienas magnetas yra sandariai uždarytas PEEK arba keraminiame korpuse – taip išvengiama tiesioginio magneto paviršiaus poveikio, tačiau bėgių mazgas tampa sudėtingesnis.
Pasirinkimas tarp vakuuminio NdFeB ir SmCo pirmiausia yra ekonomiškas. NdFeB su lygiaverčiu našumo įvertinimu kainuoja 40–60 % mažiau nei SmCo. Didelio našumo gamybos etapams, kai magnetinio takelio sąnaudos yra didelės, o dujų išleidimo reikalavimą tenkina vakuuminis kepimas ir beelektrinė nikelio danga, NdFeB yra teisingas pasirinkimas. Tiesioginio kontakto su plokštele arba vakuuminėse kamerose, veikiančiose žemiau 10⁻⁵ Pa, etapams, kur bet koks dujų išsiskyrimas yra nepriimtinas, SmCo yra teisingas pasirinkimas, neatsižvelgiant į kainą.
3. Vamzdiniai tiesiniai varikliai: magnetiniai žiedai ir kintamasis poliškumas
Vamzdiniai tiesiniai varikliai, kai kuriuose gaminių literatūroje taip pat vadinami linijinėmis pavaromis, naudoja cilindrinį žiedo formos magnetų išdėstymą tuščiavidurio statoriaus ritės mazgo viduje. Magneto mazgas (judantis „judiklis“ arba „velenas“) susideda iš krūvos NdFeB žiedų su kintamomis ašinio įmagnetinimo kryptimis, atskirtų minkštais geležiniais tarpikliais. Žiedai paprastai yra 20–60 mm OD, 8–20 mm ID ir 5–15 mm storio, atsižvelgiant į jėgos ir eigos reikalavimus.
Žiedinis magnetas veikia tuo pačiu principu kaip ir kelių polių sukamasis variklis, bet ašine kryptimi. Į šiaurę nukreiptas žiedas, geležinis tarpiklis, į pietus nukreiptas žiedas, geležinis tarpiklis – srautas koncentruojasi geležiniuose tarpikliuose ir sąveikauja su statoriaus rite, kad sukurtų linijinę trauką. Pagrindinis konstrukcijos kintamasis yra žiedo aukščio ir geležinio tarpiklio aukščio santykis, kuris turi įtakos srauto tankiui oro tarpe ir traukos pulsacijos dažniui. Vienodo žiedo ir tarpiklio aukščiai sukuria mažiausią pagrindinį bangavimą; santykio keitimas leidžia formuoti virpesius harmoninius sumažintos vidutinės jėgos kaina.
Vamzdiniai linijiniai varikliai yra įprasti tiesioginės pavaros įrenginiuose, kur reikalingas ilgas eiga kompaktiškame radialiniame apvalkale: tikslios dozavimo sistemos, švirkšto siurblio pavaros, vibracijos bandymo stendai ir paėmimo ir padavimo mašinos. Šiems tikslams daugeliu atvejų pakanka NdFeB N42 arba N45 su standartine Ni-Cu-Ni danga. Šiluminė aplinka yra švelni (ritė yra statoriuje, o ne ant judesio, todėl magneto velenas veikia vėsiai), o užterštumo reikalavimai paprastai nėra švarios patalpos lygio.
Surinkimo iššūkis su žiedinėmis rietuvėmis yra magnetinė jėga krovimo metu. Ašiai įmagnetinti vienodo poliškumo žiedai stipriai atstumia; priešingo poliškumo žiedai stipriai traukia. 10 žiedų, skirtų 200 mm eigos vamzdiniam varikliui, surinkimo metu tarp gretimų dalių veikia 50–200 N jėgos. Tiksliai sukonstruoti montavimo armatūra su kreipiamaisiais vamzdžiais šiai geometrijai neprivalomi – bandant rankomis surinkti žiedų rietuves, net ir patyrusiems surinkėjams susidaro įtrūkę kampai ir nenuoseklūs tarpai.
4. Balso ritės pavaros: kai jėgos tiesiškumas yra svarbesnis nei didžiausia jėga
Balso ritės pavaros (VCA) yra vienos ašies, riboto eigos linijinės pavaros, kuriose jėga yra proporcinga srovei per visą veikimo taktą. „Balso ritės“ pavadinimas kilęs nuo garsiakalbių – veikimo principas identiškas. Pramonėje VCA naudojami greitam, tiksliam, trumpo eigos padėties nustatymui: automatinio fokusavimo etapams, įrankio jėgos valdymui, vibracijos izoliacijai ir greitam spindulio valdymui.
VCA magnetas paprastai yra cilindro formos magneto mazgas su centriniu poliu ir žiediniu išoriniu poliu, sukuriančiu radialinį srauto tarpą, kur ritė juda. Svarbu ne didžiausias srauto tankis, o radialinio srauto vienodumas visame eigos diapazone. VCA, nurodytas ±10 mm eigai, turi turėti iš esmės plokščią radialinio srauto tankį visame ±10 mm diapazone – svyravimas virš ±1 % sukelia jėgos nelinijiškumą, kuris turi būti kompensuojamas servo valdiklyje.
VCA NdFeB klasė paprastai yra N40–N48, parenkama taip, kad būtų pasiektas tikslinis oro tarpo srauto tankis esant turimam magneto tūriui. Magneto geometrija (išorinis skersmuo, vidinis skersmuo, ašinis aukštis) yra pagrindinis projektinis kintamasis; klasė yra koregavimo parametras. Medicininėms ir puslaidininkinėms VCA programoms taikomi tie patys išmetamųjų dujų ir dalelių apribojimai, aprašyti 2 skyriuje. Pramoninės automatikos VCA be švarių patalpų reikalavimų standartinis sukepintas NdFeB su Ni-Cu-Ni danga yra tinkamas ir tinkamas.
HIMAGNET tiekia magnetų rinkinius, skirtus U kanalo linijiniams variklių bėgiams, vamzdiniams variklio žiedams ir balso ritės pavaroms, įskaitant vakuuminio ir beelektrinio nikelio parinktis švarioms patalpoms. Susisiekite su mūsų inžinierių komanda, kad pateiktumėte savo jėgos, smūgio ir aplinkos reikalavimus, kad gautumėte rekomendaciją dėl geometrijos ir pasirinkimo analizės.
