Тенденція розвитку
Наразі розвиток технології прямого приводу для лінійних двигунів демонструє такі тенденції:
Лінійні серводвигуни, що використовуються в системах подачі верстатів, будуть переважно з постійними магнітами.
Інтегруйте двигун, енкодер, напрямну рейку, кабель тощо, зменшіть розмір двигуна та полегшіть встановлення та використання
Модуляризуйте кожен функціональний компонент (напрямні рейки, енкодери, підшипники, з'єднувачі тощо)
Звертання уваги на розвиток суміжних технологій, таких як компоненти зворотного зв'язку за положенням та технології керування, є основою для покращення продуктивності лінійних двигунів.
Напрямок дослідження
Метою дослідження лінійних двигунів є покращення продуктивності двигуна та задоволення вимог застосування. Основні характеристики лінійних двигунів включають швидкість, прискорення, тягу та її коливання, точність позиціонування, точність повторюваного позиціонування, механічні характеристики (характеристики швидкості-тяги), перехідні характеристики (швидкісна реакція) та теплові характеристики тощо.
Як електромеханічна система, для підвищення її продуктивності можна докласти зусиль як з структурного, так і з керуючого боку.
Структурне проектування
Лінійні двигуни складаються з первинних та вторинних магнітних ланцюгів, а також механічних структур, таких як опорні, вимірювальні, охолоджувальні, пилозахисні та захисні.
Конструкція магнітного кола
Важливим завданням проектування магнітних кіл є забезпечення відповідності тяги та коливань тяги двигуна проектним вимогам.
Розрахунок розподілу магнітного поля всередині електродвигуна є основою проектування магнітних кіл. Через особливості своєї структури лінійні двигуни мають кінцеві ефекти, які викликають спотворення магнітного поля. Водночас для агрегації магнітного кола використовуються м'які магнітні матеріали, такі як листи кремнієвої сталі. Межі середовища звивисті та перехрещені, магнітне коло складне, а нелінійність сильна. Якщо для розрахунку використовувати традиційний метод еквівалентного магнітного кола або графічний метод, виникнуть значні похибки, і це може бути навіть неможливо. Тому наразі широко використовуються числові рішення – головним чином метод скінченних елементів (МКЕ) – для розрахунку розподілу магнітного поля лінійних двигунів, тим самим додатково розраховуючи тягу та її коливання, а також вертикальну силу та інші характеристики. Наразі на ринку вже доступно багато чудового програмного забезпечення для МКЕ електромагнітного поля. Тому ключовим моментом у розрахунку електромагнітного поля лінійних двигунів за допомогою МКЕ є створення точної моделі скінченних елементів.
Зменшення коливань тяги є ключовим і складним моментом у проектуванні магнітних кіл. Причини коливань тяги включають: гармоніки вищого порядку в первинному струмі та зворотній електрорушійній силі, несинусоїдальні форми хвиль щільності магнітного потоку в повітряному зазорі, ефект зубчастого зубчастого зубця, кінцевий ефект тощо. Коливання тяги можна зменшити, оптимізуючи форму та розташування постійних магнітів, знижуючи щільність магнітного потоку збудження постійних магнітів, застосовуючи безсердечникові та багатополюсні структури в первинному каскаді, збільшуючи кількість пазів та розширюючи повітряний зазор. Однак деякі заходи можуть призвести до послаблення інших характеристик. Тому під час проектування слід всебічно враховувати вимоги до конструкції для досягнення найкращого ефекту.
Проектування механічної конструкції охоплює багато питань. Тут ми лише наголошуємо на дослідженні системи охолодження, оскільки це питання дуже легко пропустити. Фактично, теплові характеристики є важливою особливістю лінійних двигунів. Для однієї й тієї ж моделі двигуна пікова тяга при охолодженні вдвічі більша, ніж без охолодження. Тому якість системи охолодження двигуна суттєво впливає на його продуктивність. Оптимізація конструкції системи охолодження є найкоротшим шляхом до покращення продуктивності двигуна. Аналіз теплових характеристик електродвигунів зазвичай також використовує метод скінченних елементів, а конструкція охолодження оптимізується на основі результатів розрахунку.
Дослідження технології управління
Технологія керування є ще одним ключовим і складним моментом у проектуванні лінійних двигунів.
Коли лінійна сервосистема працює, вона безпосередньо керує навантаженням. Таким чином, зміни навантаження безпосередньо впливають на двигун. Зовнішні збурення, такі як зміни маси заготовки або інструменту, або сили різання, також діють безпосередньо на двигун без затухання. Зміни параметрів двигуна також безпосередньо впливають на нормальну роботу двигуна. У лінійній напрямній рейці існує тертя. Лінійні двигуни також мають ефект зубчастого обертання та кінцевий ефект. Всі ці фактори створюють труднощі в управлінні лінійними двигунами. В алгоритмі керування ці збурення повинні бути придушені або компенсовані; інакше легко спричинити нестабільність у системі керування.
Загалом, конструкція контролера повинна відповідати наступним вимогам: висока точність відстеження в стаціонарному режимі, швидка динамічна реакція, висока стійкість до перешкод та хороша надійність. Різні лінійні двигуни або різні сценарії застосування мають різні вимоги до алгоритмів керування, тому відповідні методи керування слід застосовувати залежно від конкретних обставин. Наразі стратегії керування, що застосовуються лінійними серводвигунами, включають переважно традиційне ПІД-керування та розв'язувальне керування, сучасні методи керування, такі як нелінійне керування, адаптивне керування, керування змінною структурою ковзного режиму, H∞-керування, інтелектуальне керування, таке як нечітке керування, та керування на основі штучного інтелекту (наприклад, системи штучних нейронних мереж) тощо.
Видно, що алгоритм керування лінійними двигунами має великий обсяг обчислень, і на практичному застосуванні високошвидкісних систем подачі для обробки він має високу продуктивність у режимі реального часу. Тому він висуває дуже високі вимоги до всієї системи числового керування. Для задоволення цієї вимоги, одночасно з оптимізацією алгоритму керування, також слід використовувати високопродуктивне обладнання. У системі подачі високошвидкісних обробних центрів зазвичай використовується повністю цифрова технологія приводу, з ПК як базовою платформою та DSP для інтерполяції та сервокерування.
Хоча керування лінійними двигунами набагато складніше, ніж керування роторними двигунами, їхні електромагнітні характеристики та принципи роботи в основному схожі, а технологія сервокерування роторними двигунами розвинулася відносно зріло. Тому на етапі експериментальних досліджень, щоб якомога швидше створити експериментальну систему та перевірити доцільність конструкції, ми також можемо перетворити сервоконтролер роторного двигуна на сервоконтролер лінійного двигуна. Це може зменшити вартість та цикл досліджень і розробок, а також має керівне значення для розробки спеціалізованих сервоконтролерів для лінійних двигунів.
Експериментальні та теоретичні дослідження є основою проектування, але визначення продуктивності електродвигуна, зрештою, все ще залежить від конкретних випробувань. Технологія тестування продуктивності роторних двигунів вже досить зріла та стандартизована, але єдиного методу тестування продуктивності лінійних двигунів поки що немає. Тому дослідження ефективних та точних методів тестування продуктивності лінійних двигунів також є дуже важливою темою, яка сприяє теоретичним дослідженням. Ключові моменти експериментальних досліджень полягають у точному вимірюванні різних параметрів, таких як швидкість, прискорення, статична сила, динамічна сила, переміщення та температура. За необхідності також слід розробити спеціальний випробувальний стенд. На основі результатів теоретичних розрахунків оптимізується схема проектування. На цій основі виготовляється прототип, а потім правильність проекту перевіряється за допомогою випробувань продуктивності на прототипі. Високопродуктивний лінійний двигун часто вимагає численних повторних розрахунків та випробувань, перш ніж його можна буде виготовити.
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: 24 грудня 2025 р.