Розробка лінійних двигунів за кордоном
Історія розвитку
Початкова точка розвитку лінійних двигунів не набагато пізніша за розвиток роторних двигунів. Невдовзі після появи роторних двигунів у світі з'явився прототип лінійних двигунів. Однак процес розробки лінійних двигунів був складним.
У 1845 році британець Чарльз Вістоун винайшов перший у світі лінійний двигун. Однак цей лінійний двигун мав дуже низький ККД через надмірний повітряний зазор і не досяг успіху. До середини 20-го століття розвиток систем управління, електроніки, матеріалів та інших технологій забезпечив теоретичну та технічну підтримку для розробки лінійних двигунів, і лінійні двигуни почали вступати на новий етап розвитку. Професор Е.Р. Лейтвейт з Великобританії був піонером у розробці сучасних лінійних двигунів. Він наголошував на фундаментальних дослідженнях лінійних двигунів, і дослідницька група під його керівництвом досягла багатьох значних результатів. Ще однією репрезентативною фігурою є професор Казуо Ямада з Японії, який є автором кількох книг про лінійні двигуни. З 1970-х років області застосування лінійних двигунів стали більш широкими, такими як автоматичні плоттери, насоси для рідкого металу (МГД), електромагнітні молотки, легке промислове обладнання, побутова техніка, повітряні компресори та обладнання для виробництва напівпровідників тощо. Після 1990-х років, з пропозицією концепції високошвидкісної обробки, лінійні двигуни почали з'являтися як системи подачі в обробних центрах. Завдяки перевагам та потенціалу систем подачі з прямим приводом, з якими традиційні системи подачі не можуть зрівнятися, вони знову привернули увагу різних країн. Згідно з відповідними звітами, продажі лінійних двигунів та приводних блоків у США у 1997 році склали 45,53 мільйона доларів США, а у 2002 році очікується, що вони досягнуть 107,72 мільйона доларів США.
Як електромеханічна система, лінійний двигун спрощує механічну структуру та ускладнює електричне керування, що відповідає тенденції розвитку сучасної електромеханічної технології.
Корпорація Anorad у США є всесвітньо відомим виробником лінійних двигунів. Компанія випустила безщіткові лінійні двигуни постійного струму в 1988 році та отримала патент у США. Компанія в основному виробляє синхронні лінійні двигуни з постійними магнітами, утворюючи серію продуктів з різною конструкцією та потужністю, які широко використовуються в різних галузях.
Німецька компанія Indramat виробляє як асинхронні лінійні двигуни, так і лінійні двигуни з постійними магнітами, загалом понад 50 моделей. Тип з постійними магнітами характеризується високим ККД (до 1,72 Н/Вт) та високою щільністю тяги. Повідомляється, що швидкість його продукції може досягати 600 м/хв, а тяга — 22 кН.
Щоб знизити ціну на лінійні двигуни, компанія Trilogy випустила модуль лінійного кодування (LEM). Він використовує магнітне поле двигуна для забезпечення зворотного зв'язку щодо положення, незалежного від ходу. Він може працювати в суворих умовах та забезпечувати комутаційні сигнали, подібні до сигналів датчиків повного ходу, з роздільною здатністю та точністю повторюваності 5 мкм.
Продукція інших виробників лінійних двигунів має свої власні характеристики. Для отримання детальної інформації зверніться до статті «Високочастотний лінійний двигун постійного струму» Лю Цзіньліна та ін. (опубліковано в журналі «Мікро та спеціальні двигуни», випуск 4, 1993 р.). Застосування лінійних двигунів у системах подачі високошвидкісних обробних центрів та інших верстатів з ЧПК з великим ходом у верстатах та обробних центрах є відносно новою розробкою. Верстати, оснащені лінійними двигунами, повинні мати вдосконалені системи числового керування, високу жорсткість та власні частоти, а маса рухомих частин має бути якомога меншою. Тільки таким чином можна повною мірою використовувати можливості лінійних двигунів. Крім того, конструкція системи подачі прямого приводу у верстатах також повинна враховувати проблеми охолодження та тепловіддачі. Щоб запобігти притягуванню стружки та різних порошків відкритим магнітним полем лінійного двигуна, необхідно також вживати заходів щодо магнітної ізоляції та захисту від магнітних магнітів. Крім того, лінійні двигуни не є самоблокуючими, як ходові гвинти. Якщо двигун встановлено вертикально, необхідно також враховувати такі фактори, як балансувальний противага та гальмування.
Співпраця між Ford, Ingersoll та Anorad у середині 1980-х років спочатку дозволила застосовувати лінійні двигуни у верстатах. Компанія Ford сподівається, що її верстати будуть одночасно високошвидкісними, високоточними та дуже гнучкими. Результатом співпраці став випуск Ingersoll «високошвидкісного модуля» HVM800 з лінійними двигунами Anorad з постійними магнітами, встановленими на всіх трьох осях, що досягло чудової продуктивності.
У 1993 році німецька компанія Ex-Cell-O представила на Європейській виставці верстатів у Ганновері, Німеччина, перший у світі високошвидкісний обробний центр XHC240, який приводився в рух лінійним двигуном на робочому столі. Він був оснащений асинхронним лінійним двигуном, розробленим німецькою компанією Indramat, з максимальною швидкістю руху осі 80 м/хв та прискоренням до 1g. Згодом багато виробників послідовно запускали обробні центри, оснащені лінійними двигунами. Згідно зі статистикою, обсяг продажів верстатів з використанням лінійних двигунів у 1997 році становив 300 одиниць, і очікується, що до 2005 року він зросте до 3000 одиниць. Через десять років 20% верстатів з ЧПК будуть оснащені лінійними двигунами.
Окрім різальних верстатів, інші верстати, такі як лазерне різання, плазмове різання та електроерозійне різання, також почали застосовувати лінійні двигуни.
Дослідницький стан вітчизняних лінійних двигунів
Хоча існує багато вітчизняних установ, що досліджують лінійні двигуни, в основному три університети вивчають лінійні двигуни як системи подачі для верстатів або обробних центрів. Технологічний університет Гуандуна створив «Лабораторію надшвидкісної обробки та досліджень верстатів», яка в основному досліджує та розробляє «надшвидкісні електричні шпинделі» та «високошвидкісні пристрої подачі для лінійних двигунів». Вони досліджують лінійні асинхронні двигуни та розробили високошвидкісний пристрій подачі з числовим програмним керуванням GD-3 для лінійних двигунів. Номінальна сила подачі становить 2 кН, максимальна швидкість подачі – 100 м/хв, точність позиціонування – 0,004 мм, а хід – 800 мм. З кінця 1990-х років Шеньянський технологічний університет проводить дослідження лінійних синхронних двигунів з постійними магнітами та виготовив прототип із зусиллям тяги 100 Н. Ще одним ключовим напрямком їхніх досліджень є методи керування електродвигунами та сервосистемами, і вони опублікували багато статей на цю тему. Інститут машинобудування кафедри точних приладів та машинобудування Університету Цінхуа успішно розробив високочастотний лінійний двигун постійного струму з ходом до 5 мм, частотою зрізу понад 250 Гц та тягою в кілька сотень ньютонів. Він використовується для приводу поперечного люнету інструменту токарного верстата із середнім опуклим поршнем та досяг хороших результатів застосування в реальних умовах обробки. Наразі досліджується лінійний сервопривід на постійних магнітах з довгим ходом. Номінальна тяга двигуна становить 1500 Н, максимальна швидкість – 60 м/хв, номінальне прискорення холостого ходу – 1 g, а хід – 600 мм.
Слід зазначити, що в Китаї дослідження лінійних двигунів, особливо лінійних серводвигунів у системах подачі верстатів, все ще перебувають на початковій стадії. Спостерігається значний дефіцит дослідників та коштів, а прогрес є відносно повільним. Розрив із зарубіжними країнами стає все більшим. Зараз вкрай важливо посилити дослідження. Щоб подолати технологічну монополію зарубіжних країн, необхідно піти шляхом поєднання технологічного відстеження з незалежним розвитком та посилити дослідження базових та ключових технологій.
Якщо у вас є додаткові запитання щодо генераторної установки, зверніться до команди Beidou Power. Ми маємо понад десять років професійного досвіду у виробництві та продажу обладнання для виробництва електроенергії, а також професійну команду інженерів, готових обслужити вас. Оберіть Beidou Power, будьте певні, ми раді вітати вас на заводській перевірці.
Час публікації: 22 грудня 2025 р.