การพัฒนาและการประยุกต์ใช้มอเตอร์เชิงเส้น

การพัฒนาของมอเตอร์เชิงเส้นในต่างประเทศ

ประวัติการพัฒนา

จุดเริ่มต้นของการพัฒนาของมอเตอร์เชิงเส้นนั้นไม่ได้ช้าไปกว่ามอเตอร์แบบหมุนมากนัก หลังจากที่มอเตอร์แบบหมุนปรากฏตัวขึ้นในโลกไม่นาน ต้นแบบของมอเตอร์เชิงเส้นก็ถือกำเนิดขึ้น อย่างไรก็ตาม กระบวนการพัฒนาของมอเตอร์เชิงเส้นนั้นค่อนข้างซับซ้อน

ในปี ค.ศ. 1845 ชาร์ลส์ วีสโตน ชาวอังกฤษ ได้ประดิษฐ์มอเตอร์เชิงเส้นตัวแรกของโลกขึ้นมา อย่างไรก็ตาม มอเตอร์เชิงเส้นนี้มีประสิทธิภาพต่ำมากเนื่องจากช่องว่างอากาศมากเกินไปและไม่ประสบความสำเร็จ ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 การพัฒนาด้านการควบคุม อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุ และเทคโนโลยีอื่นๆ ได้ให้การสนับสนุนทางทฤษฎีและเทคนิคสำหรับการพัฒนามอเตอร์เชิงเส้น และมอเตอร์เชิงเส้นก็เริ่มเข้าสู่ขั้นตอนการพัฒนาใหม่ ศาสตราจารย์ อี.อาร์. ไลธ์เวท จากสหราชอาณาจักร เป็นผู้บุกเบิกในการพัฒนามอเตอร์เชิงเส้นสมัยใหม่ เขาเน้นการวิจัยพื้นฐานของมอเตอร์เชิงเส้น และทีมวิจัยที่นำโดยเขาประสบความสำเร็จอย่างมาก อีกบุคคลสำคัญคือ ศาสตราจารย์ คาซูโอะ ยามาดะ จากประเทศญี่ปุ่น ซึ่งเป็นผู้เขียนหนังสือหลายเล่มเกี่ยวกับมอเตอร์เชิงเส้น นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา ขอบเขตการใช้งานของมอเตอร์เชิงเส้นได้ขยายวงกว้างมากขึ้น เช่น เครื่องพล็อตเตอร์อัตโนมัติ ปั๊มโลหะเหลว (MHD) ค้อนแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องจักรกลอุตสาหกรรมขนาดเล็ก เครื่องใช้ในครัวเรือน เครื่องอัดอากาศ และอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เป็นต้น หลังจากทศวรรษ 1990 ด้วยแนวคิดเรื่องการตัดเฉือนความเร็วสูง มอเตอร์เชิงเส้นจึงเริ่มปรากฏให้เห็นในฐานะระบบป้อนชิ้นงานในเครื่องจักรกลซีเอ็นซี เนื่องจากข้อดีและศักยภาพของระบบป้อนชิ้นงานแบบขับตรงที่ระบบป้อนชิ้นงานแบบดั้งเดิมไม่สามารถเทียบได้ จึงทำให้มอเตอร์เชิงเส้นได้รับความสนใจจากหลายประเทศอีกครั้ง จากรายงานที่เกี่ยวข้อง ยอดขายมอเตอร์เชิงเส้นและชุดขับเคลื่อนในสหรัฐอเมริกาอยู่ที่ 45.53 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 1997 และคาดว่าจะสูงถึง 107.72 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2002

มอเตอร์เชิงเส้นเป็นระบบไฟฟ้าเชิงกลที่ลดความซับซ้อนของโครงสร้างเชิงกลและเพิ่มความซับซ้อนของการควบคุมทางไฟฟ้า ซึ่งสอดคล้องกับแนวโน้มการพัฒนาของเทคโนโลยีระบบไฟฟ้าเชิงกลสมัยใหม่

บริษัท Anorad Corporation ในสหรัฐอเมริกาเป็นผู้ผลิตมอเตอร์เชิงเส้นที่มีชื่อเสียงระดับโลก บริษัทได้เปิดตัวมอเตอร์เชิงเส้น DC แบบไร้แปรงถ่านในปี 1988 และได้รับสิทธิบัตรในสหรัฐอเมริกา บริษัทผลิตมอเตอร์เชิงเส้นแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรเป็นหลัก โดยผลิตสินค้าหลากหลายโครงสร้างและกำลัง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา

บริษัท Indramat ในประเทศเยอรมนี ผลิตทั้งมอเตอร์เชิงเส้นแบบเหนี่ยวนำและมอเตอร์เชิงเส้นแบบแม่เหล็กถาวร รวมกว่า 50 รุ่น มอเตอร์แบบแม่เหล็กถาวรมีประสิทธิภาพสูง (สูงสุด 1.72 นิวตัน/วัตต์) และมีความหนาแน่นของแรงขับสูง มีรายงานว่าผลิตภัณฑ์ของบริษัทสามารถทำความเร็วได้ถึง 600 เมตร/นาที และมีแรงขับได้ถึง 22 กิโลนิวตัน

เพื่อลดราคาของมอเตอร์เชิงเส้น บริษัท Trilogy ได้เปิดตัวโมดูลการเข้ารหัสเชิงเส้น (LEM) ซึ่งใช้สนามแม่เหล็กของมอเตอร์ในการให้ข้อมูลป้อนกลับเกี่ยวกับตำแหน่ง ซึ่งเป็นอิสระจากระยะการเคลื่อนที่ สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และให้สัญญาณการสลับทิศทางที่คล้ายกับเซ็นเซอร์แบบเต็มระยะการเคลื่อนที่ โดยมีความละเอียดและความแม่นยำในการทำซ้ำที่ 5 ไมโครเมตร

ผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตมอเตอร์เชิงเส้นรายอื่นๆ แต่ละรายมีลักษณะเฉพาะของตนเอง สำหรับรายละเอียด โปรดดู “มอเตอร์เชิงเส้นกระแสตรงตอบสนองความถี่สูง” โดย Liu Jinling และคณะ (ตีพิมพ์ใน “มอเตอร์ขนาดเล็กและมอเตอร์พิเศษ” ฉบับที่ 4 ปี 1993) การประยุกต์ใช้มอเตอร์เชิงเส้นในระบบป้อนชิ้นงานของเครื่องจักรกลความเร็วสูงและเครื่องมือกล CNC ระยะชักยาวอื่นๆ ในเครื่องมือกลและศูนย์เครื่องจักรกลนั้นเป็นการพัฒนาที่ค่อนข้างใหม่ เครื่องมือกลที่ติดตั้งมอเตอร์เชิงเส้นต้องมีระบบควบคุมเชิงตัวเลขขั้นสูง ความแข็งแกร่งและความถี่ธรรมชาติสูง และมวลของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ด้วยวิธีนี้เท่านั้นจึงจะสามารถใช้ศักยภาพของมอเตอร์เชิงเส้นได้อย่างเต็มที่ นอกจากนี้ การออกแบบระบบป้อนชิ้นงานแบบขับตรงในเครื่องมือกลยังต้องคำนึงถึงปัญหาการระบายความร้อนด้วย เพื่อป้องกันไม่ให้เศษโลหะและผงต่างๆ ถูกดึงดูดโดยสนามแม่เหล็กเปิดของมอเตอร์เชิงเส้น จึงต้องใช้มาตรการแยกสนามแม่เหล็กและป้องกันสนามแม่เหล็กด้วย นอกจากนี้ มอเตอร์เชิงเส้นยังไม่สามารถล็อคตัวเองได้เหมือนกับสกรูนำ หากติดตั้งมอเตอร์ในแนวตั้ง จะต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ตุ้มถ่วงสมดุลและระบบเบรกด้วย

ความร่วมมือระหว่างฟอร์ด อินเกอร์โซล และอโนราด ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 เป็นจุดเริ่มต้นที่ทำให้สามารถนำมอเตอร์เชิงเส้นมาใช้ในเครื่องมือกลได้ บริษัทฟอร์ดหวังว่าเครื่องมือกลของตนจะมีทั้งความเร็วสูง ความแม่นยำสูง และมีความยืดหยุ่นสูง ผลจากความร่วมมือดังกล่าว อินเกอร์โซลได้เปิดตัว "โมดูลความเร็วสูง" HVM800 โดยติดตั้งมอเตอร์เชิงเส้นแม่เหล็กถาวรของอโนราดไว้ในทั้งสามแกน ทำให้ได้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม

ในปี 1993 บริษัท Ex-Cell-O ของเยอรมนีได้จัดแสดงเครื่องจักรกลซีเอ็นซีความเร็วสูงเครื่องแรกของโลก รุ่น XHC240 ซึ่งขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เชิงเส้นบนโต๊ะทำงาน ในงานนิทรรศการเครื่องมือกลยุโรปที่เมืองฮันโนเวอร์ ประเทศเยอรมนี เครื่องจักรดังกล่าวติดตั้งมอเตอร์เชิงเส้นแบบเหนี่ยวนำที่พัฒนาโดยบริษัท Indramat ของเยอรมนี มีความเร็วในการเคลื่อนที่ของแกนสูงสุด 80 เมตร/นาที และอัตราเร่งสูงสุดถึง 1g ต่อมา ผู้ผลิตหลายรายได้ทยอยเปิดตัวเครื่องจักรกลซีเอ็นซีที่ติดตั้งมอเตอร์เชิงเส้น จากสถิติพบว่า ยอดขายเครื่องมือกลที่ใช้มอเตอร์เชิงเส้นอยู่ที่ 300 เครื่องในปี 1997 และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 3,000 เครื่องภายในปี 2005 ในอีกสิบปีข้างหน้า 20% ของเครื่องมือกล CNC จะติดตั้งมอเตอร์เชิงเส้น

นอกเหนือจากเครื่องมือตัดแล้ว เครื่องมือกลอื่นๆ เช่น การตัดด้วยเลเซอร์ การตัดด้วยพลาสมา และอุปกรณ์การตัดเฉือนด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้า ก็เริ่มนำมอเตอร์เชิงเส้นมาประยุกต์ใช้เช่นกัน

สถานการณ์การวิจัยเกี่ยวกับมอเตอร์เชิงเส้นภายในประเทศ

แม้ว่าจะมีสถาบันในประเทศหลายแห่งที่ทำการวิจัยเกี่ยวกับมอเตอร์เชิงเส้น แต่โดยหลักแล้วมีเพียงสามมหาวิทยาลัยเท่านั้นที่ศึกษาเกี่ยวกับมอเตอร์เชิงเส้นในฐานะระบบป้อนสำหรับเครื่องมือกลหรือศูนย์เครื่องจักรกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมณฑลกวางตุ้งได้จัดตั้ง “ห้องปฏิบัติการวิจัยเครื่องจักรกลความเร็วสูงพิเศษและเครื่องมือกล” โดยเน้นการวิจัยและพัฒนา “แกนหมุนไฟฟ้าความเร็วสูงพิเศษ” และ “หน่วยป้อนความเร็วสูงสำหรับมอเตอร์เชิงเส้น” พวกเขากำลังวิจัยมอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นและได้พัฒนาหน่วยป้อนควบคุมเชิงตัวเลขความเร็วสูง GD-3 สำหรับมอเตอร์เชิงเส้น โดยมีแรงป้อนพิกัด 2 กิโลนิวตัน ความเร็วป้อนสูงสุด 100 เมตร/นาที ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่ง 0.004 มิลลิเมตร และระยะชัก 800 มิลลิเมตร ตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1990 มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเสิ่นหยางได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับมอเตอร์ซิงโครนัสเชิงเส้นแม่เหล็กถาวรและได้ผลิตต้นแบบที่มีแรงขับ 100 นิวตัน อีกประเด็นสำคัญของการวิจัยของพวกเขาคือวิธีการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าและระบบเซอร์โว และพวกเขาได้ตีพิมพ์บทความมากมายในด้านนี้ สถาบันวิศวกรรมการผลิต สังกัดภาควิชาเครื่องมือวัดความแม่นยำและวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยชิงหัว ประสบความสำเร็จในการพัฒนา มอเตอร์เชิงเส้นกระแสตรง (DC linear motor) ที่ตอบสนองความถี่สูง มีระยะชักสูงสุด 5 มม. ความถี่ตัดมากกว่า 250 เฮิรตซ์ และแรงขับหลายร้อยนิวตัน ซึ่งนำไปใช้ขับเคลื่อนแท่นวางเครื่องมือขวางของเครื่องกลึงลูกสูบแบบนูนขนาดกลาง และได้ผลลัพธ์ที่ดีในการใช้งานจริง ปัจจุบันกำลังวิจัยเกี่ยวกับชุดเซอร์โวเชิงเส้นแม่เหล็กถาวรแบบช่วงชักยาว โดยมีแรงขับพิกัด 1500 นิวตัน ความเร็วสูงสุด 60 เมตร/นาที อัตราเร่งพิกัดขณะไม่มีโหลด 1g และระยะชัก 600 มม.

ควรสังเกตว่าในประเทศจีน การวิจัยเกี่ยวกับมอเตอร์เชิงเส้น โดยเฉพาะมอเตอร์เซอร์โวเชิงเส้นในระบบป้อนชิ้นงานของเครื่องมือกล ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ขาดแคลนนักวิจัยและงบประมาณอย่างมาก และความคืบหน้าค่อนข้างช้า ช่องว่างกับต่างประเทศกำลังกว้างขึ้นเรื่อยๆ ขณะนี้จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเสริมสร้างการวิจัย เพื่อทำลายการผูกขาดทางเทคโนโลยีของต่างประเทศ จำเป็นต้องดำเนินแนวทางที่ผสมผสานการติดตามเทคโนโลยีกับการพัฒนาอย่างอิสระ และเสริมสร้างการวิจัยด้านเทคโนโลยีพื้นฐานและเทคโนโลยีสำคัญ

หากมีข้อสงสัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โปรดติดต่อทีมงาน Beidou Power เรามีประสบการณ์มากกว่าสิบปีในการผลิตและจำหน่ายอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้า พร้อมทีมวิศวกรผู้เชี่ยวชาญพร้อมให้บริการ เลือก Beidou Power คือการเลือกที่มั่นใจได้ ยินดีต้อนรับการตรวจสอบโรงงาน ณ สถานที่จริง