Линейные синхронные двигатели с постоянными магнитами.

Актуальность.

Современное технологическое оборудование требует надежного высокодинамичного и точного электропривода. Для оборудования, в котором рабочие органы осуществляют прямолинейное перемещение (сверлильно-фрезерные станки, лазерные установки, раскройные комплексы, графопостроители, высокоточные позиционеры и др.) наиболее оптимальным является  электропривод на основе линейных двигателей. Рассмотрим преимущества применения линейного двигателя по сравнению с шарико-винтовой парой (ШВП):

а) Конструктивные преимущества.
Конструкция двигателя органично вписывается в конструкцию позиционера, имеет меньшие габаритные размеры, более простую конструкцию, отсутствуют вращающиеся части. Применение аэростатических опор позволяет полностью устранить механическую связь между подвижной и неподвижной частями двигателя.
б)  Эксплуатационные преимущества.
Более высокая точность позиционирования из-за отсутствия люфтов и вибраций, а при аэростатических опорах и отсутствия силы трения. Более высокая скорость перемещения из-за отсутствия ограничений на частоту вращения винта и гайки. Так у ШВП максимальная скорость вращения винта  до 750 об/мин. Для винта с шагом t=20 мм максимальная скорость перемещения при вращении винта составляет Vmax=250 мм/с=0.25 м/с, тогда как скорость линейного двигателя может быть равной 5 м/с и ограничивается лишь быстродействием системы управления.
Более высокий диапазон рабочих температур из-за отсутствия ограничений на тепловое расширение винта.
Большая надежность и стабильность параметров во времени из-за отсутствия изнашивающихся механических частей  при условии применения аэростатических опор.

Рынок сбыта.

          Потребителями линейных электродвигателей являются производители высокоточного технологического оборудования (сверлильно-фрезерные станки, лазерные установки, раскройные комплексы, графопостроители, высокоточные позиционеры и др.) в Китайской народной республике, России, Украине, Белоруссии.

      Исходя из вышесказанного, является целесообразным наладить выпуск широкой серии линейных электродвигателей для комплектования ими различного технологического оборудования.

Описание  конструкций  линейного синхронного двигателя  с постоянными магнитами.

На рис.1. в качестве иллюстрации приведен общий вид  базового модуля линейного двигателя с постоянными магнитами на тяговое усилие 1000 Н. Подвижная часть состоит из пакета пластин из электротехнической стали и обмотки, а неподвижная из стальной рейки с наклеенными высокоэнергетическими магнитами из сплава NdFeB.

         

                                                  Рис.1.

                                                             .

            Двигатели с постоянными магнитами на неподвижной стальной рейке имеют высокие динамические характеристики и не требуют высокой точности изготовления и сборки. Однако для данного типа двигателей существует ограничение на величину тягового усилия из-за технологических ограничений на размеры постоянных магнитов и их высокой стоимости. Кроме того цена высокоэнергетических магнитов нестабильна и постоянно растет из-за открытия все новых областей применения. Диапазон номинальных усилий для двигателей данного типа 10 – 5000 Н.     Диапазон скоростей  до 5 м/с. Исполнения по способу охлаждения: естественное воздушное, принудительное воздушное (вентилятор), водяное;   Конструктивные исполнения: одно и двухстороннее; Конструкция опор: линейные механические и аэростатические;
Конструкция обмотки: трех и двухфазная, под стандартные системы управления синхронными двигателями.

Технические характеристики линейных синхронных двигателей с постоянными магнитами.                                                                                                                                                                                                                                                                            

                                                                             Рис.2.

         Сравнительные характеристики предлагаемой серии линейных синхронных двигателей  Infra-LM с железным магнитопроводом (Ironcore) и естественным воздушным охлаждением (not cool) в сравнении с линейными двигателями типа EPI05-0ХХ производимыми китайской фирмой Changsha EPOCH NC Machine Tool Co., Ltd   http://www.epochnc.com

                                                                                                                                                      Таблица 1

项目	参数	符号	单位	产品型号
				EPI05-015		Infra-LM1		EPI05-050		Infra-LM2
额定性能	峰值推力	Fp	N	190		190		625		625
	持续推力（在温度Tmax下） 请参阅注释①	Fc	N	73		73		276		276
	电机常数（在25℃下）	Km	N/(W^0.5)	13.1		25		32		55
	最大持续耗散功率	Pc	W	44		19		106		55
电气规格	绕组代号	\	\	A1	A5	A1	A5	A1	A5	A1	A5
	峰值电流	Ip	Arms	11	19	11	19	11	19	11	19
	持续电流（在温度Tmax下）	Ic	Arms	3.9	6.7	3.9	6.7	4.4	7.6	4.4	7.6
	电阻（在25℃±10%下）	Rm	欧姆L-L	1.4	0.47	0.56	0.2	2.6	0.87	1.34	0.5
	电感±20%	L	MhL-L	9.1	3	2.5	1	26.7	8.9	9	3
	反电势常数（在25℃±10%下）	Ke	Vpeak/m/s L-L	15.4	8.9	15.4	8.9	51.4	29.7	51.4	29.7
	推力常数（在25℃±10%下）	Kf	N/Arms	18.9	10.9	18.9	10.9	62.9	36.3	62.9	36.3
机械规格	线圈总成质量±15%	Mc	kg	1.7		0.5		3.6		2.2
	Dimensions (fig.2)	BxAxH	mm			65x32x41				130x67x43
	永磁体总成质量±15%	Mw	kg/m	2.5		2.15		7.5		4,5
品质因数 与附加数据	电气时间常数	Te	ms	6.5		4.5		10.3		6.7
	最大理论加速度	Amax	g’s	11.4		39		17.7		29
	磁性吸引力	Fa	kN	0.72		0.8		2.4		3.4
	热阻—线圈至外部结构	Rth	oC /Watt	2.4				0.99
	最高允许线圈温度	Tmax	oC	130		130		130		130

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проект	Параметр	Обознач.	Единица измерения	Тип  продукта
				EPI05-015		Infra-LM1		EPI05-050		Infra-LM2
Общие характеристики	Сила тяги двигателя в пиковом режиме	Fp	N	190		190		625		625
	Сила тяги двигателя в длительном режиме	Fc	N	73		73		276		276
	Постоянная двигателя	Km	N/(W^0.5)	13.1		25		32		55
	Потери мощности в двигателе	Pc	W	44		19		106		55
Электические характеристики	Исполнения по скорости. А1 – низкоскоростной, А5- высокоскоростной	\	\	A1	A5	A1	A5	A1	A5	A1	A5
	Ток в пиковом режиме	Ip	Arms	11	19	11	19	11	19	11	19
	Ток в длительном режиме	Ic	Arms	3.9	6.7	3.9	6.7	4.4	7.6	4.4	7.6
	Активное сопротивление между выводами двигателя	Rm	Ohm L-L	1.4	0.47	0.56	0.2	2.6	0.87	1.34	0.5
	Индуктивное  сопротивление между выводами двигателя ±20%	L	Mh L-L	9.1	3	2.5	1	26.7	8.9	9	3
	Коэффициент противо ЭДС	Ke	Vpeak/m/s L-L	15.4	8.9	15.4	8.9	51.4	29.7	51.4	29.7
	Коэффициент усилия	Kf	N/Arms	18.9	10.9	18.9	10.9	62.9	36.3	62.9	36.3
Массо- габаритные	Масса подвижной части с обмоткой	Mc	kg	1.7		0.5		3.6		2.2
	Габаритные размеры (рис.2)	BxAxH	mm			65x32x41				130x67x43
	Масса неподвижной части (стальная рейка с магнитами)	Mw	kg/m	2.5		2.15		7.5		4,5
Динамические и другие характеристики	Постоянная времени электрическая	Te	ms	6.5		4.5		10.3		6.7
	Ускорение в пиковом режиме в единицах g = 9.81 м/с2	Amax	g’s	11.4		39		17.7		29
	Сила притяжения между подвижной и неподвижной частями	Fa	kN	0.72		0.8		2.4		3.4
	Тепловое сопротивление  двигателя	Rth	oC /Watt	2.4				0.99
	Класс изоляции обмотки по нагревостойкости	Tmax	oC	130		130		130		130

 

 

 

 

项目	参数	符号	单位	产品型号
				EPI05-100		Infra-LM3		EPI05-200		Infra-LM4		Infra-LM4-1*
额定性能	峰值推力	Fp	N	1250		1250		2500		2500		3850
	持续推力（在温度Tmax下） 请参阅注释①	Fc	N	599		599		1255		1255		1935
	电机常数（在25℃下）	Km	N/(W^0.5)	49.1		84		73		132		112
	最大持续耗散功率	Pc	W	210		112		418		197		418
电气规格	绕组代号	\	\	A1	A5	A1	A5	A1	A5	A1	A5	A1	A5
	峰值电流	Ip	Arms	11	19	11	19	11	19	11	19	11	19
	持续电流（在温度Tmax下）	Ic	Arms	4.8	8.2	4.8	8.2	5	8.6	5	8.6	5	8.6
	电阻（在25℃±10%下）	Rm	欧姆L-L	4.4	1.5	2.25	0.8	8	2.7	3.65	1.23	8	2.7
	电感±20%	L	MhL-L	52	17.3	14	5	103	34.2	34	12	103	34.2
	反电势常数（在25℃±10%下）	Ke	Vpeak/m/s L-L	103	59.3	103	59.3	206	119	206	119	317	183
	推力常数（在25℃±10%下）	Kf	N/Arms	126	72.7	126	72.7	252	145	252	145	388	223
机械规格	线圈总成质量±15%	Mc	kg	6.5		5.4		12.3		11.8		12.3
	Dimensions	BxAxH	mm			200x100x45				265x132x54		265x132x57
	永磁体总成质量±15%	Mw	kg/m	12.7		8.5		26.8		12		12
品质因数 与附加数据	电气时间常数	Te	ms	11.8		6.2		12.8		9.3		12.8
	最大理论加速度	Amax	g’s	19.6		23.5		20.7		21.6		31.8
	磁性吸引力	Fa	kN	4.9		7.9		9.9		14		14
	热阻—线圈至外部结构	Rth	oC /Watt	0.5				0.25
	最高允许线圈温度	Tmax	oC	130		130		130		130		130

 

Проект	Параметр	Обознач.	Единица измерения	Тип  продукта
				EPI05-100		Infra-LM3		EPI05-200		Infra-LM4		Infra-LM4-1*
Общие характеристики	Сила тяги двигателя в пиковом режиме	Fp	N	1250		1250		2500		2500		3850
	Сила тяги двигателя в длительном режиме	Fc	N	599		599		1255		1255		1935
	Постоянная двигателя	Km	N/(W^0.5)	49.1		84		73		132		112
	Потери мощности в двигателе	Pc	W	210		112		418		197		418
Электические характеристики	Исполнения по скорости. А1 – низкоскоростной, А5- высокоскоростной	\	\	A1	A5	A1	A5	A1	A5	A1	A5	A1	A5
	Ток в пиковом режиме	Ip	Arms	11	19	11	19	11	19	11	19	11	19
	Ток в длительном режиме	Ic	Arms	4.8	8.2	4.8	8.2	5	8.6	5	8.6	5	8.6
	Активное сопротивление между выводами двигателя	Rm	欧姆L-L	4.4	1.5	2.25	0.8	8	2.7	3.65	1.23	8	2.7
	Индуктивное  сопротивление между выводами двигателя ±20%	L	MhL-L	52	17.3	14	5	103	34.2	34	12	103	34.2
	Коэффициент противо ЭДС	Ke	Vpeak/m/s L-L	103	59.3	103	59.3	206	119	206	119	317	183
	Коэффициент усилия	Kf	N/Arms	126	72.7	126	72.7	252	145	252	145	388	223
Массо- габаритные	Масса подвижной части с обмоткой	Mc	kg	6.5		5.4		12.3		11.8		12.3
	Габаритные размеры (рис.2)	BxAxH	mm			200x100x45				265x132x54		265x132x57
	Масса неподвижной части (стальная рейка с магнитами)	Mw	kg/m	12.7		8.5		26.8		12		12
Динамические и другие характеристики	Постоянная времени электрическая	Te	ms	11.8		6.2		12.8		9.3		12.8
	Ускорение в пиковом режиме в единицах g = 9.81 м/с2	Amax	g’s	19.6		23.5		20.7		21.6		31.8
	Сила притяжения между подвижной и неподвижной частями	Fa	kN	4.9		7.9		9.9		14		14
	Тепловое сопротивление двигателя	Rth	oC /Watt	0.5				0.25
	Класс изоляции обмотки по нагревостойкости	Tmax	oC	130		130		130		130		130

* - Исполнение двигателя оптимального по критерию максимального тягового усилия при равных с аналогом потерях мощности и массе подвижной части.

        Предагаем совместную разработку и изготовление двигателей такого типа и оборудования на их основе.  Для получения дополнительной информации и своих предложений прейдите на контакты. 

Вернуться на [страницу конструкций] [главную страницу]