Линейный индукторный двигатель с постоянными магнитами

Рассмотрим преимущества применения линейного двигателя :

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.

Таблица 10.9. Сравнительная таблица проектируемого двигателя с имеющимися аналогами.

10.10 Выводы

В данной части дипломной работы были определены расходы на производство линейного индукторного двигателя с постоянными магнитами и произведен сравнительный анализ технических и стоимостных показателей проектируемого двигателя с показателями существующего двигателя вращательного движения совместно с шарико-винтовой и ременной передачей. Так же были рассмотрены преимущества применения линейного ЛИД. Таким образом, исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что является целесообразным наладить выпуск широкой серии линейных электродвигателей для комплектования ими различного технологического оборудования.

11. Технологическая часть. Конструктивное и технологическое исполнение подвижного элемента

11.1 Конструктивное исполнение подвижного элемента ЛИД

В настоящее время имеется большое число различных конструкций индукторных двигателей, различающихся числом фаз, размещением обмоток, способом возбуждения и т.д.

Наиболее простым в конструктивном исполнении является двигатель с возбуждением от постоянного магнита, схема которого изображена на рис.11.1.

Рис.11.1.Схема двухмодульного линейного индукторного двигателя.

Линейный индукторный двигатель состоит из линейной направляющей статора (1) и подвижного элемента (2).Подвижный элемент в свою очередь состоит из фазных электромагнитных модулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы ,обмотки управления (4) и постоянные магниты возбуждения (3).

Остановимся более подробно на конструктивном исполнении подвижной части ЛИД. Электромагнитный модуль ротора ЛИД (подвижная часть) (2), называемого иногда позиционером, выполнен в виде двух П-образных магнитопроводов, набранных из листов электротехнической стали.

П-образные магнитопроводы подмагничиваются постоянным магнитом (3). В проектируемом нами двигателе используется магнит NdFeB (неодим-железо-бор).Это редкоземельные магниты, превосходящие по своим свойствам SmCo(самарий-кобальт) , и имеющие более низкую стоимость. Магнит NbFeB намного сильнее, чем обычный ферритовый магнит и магнит из других магнитных материалов. Материал магнитов NdFeB сильно подвержен коррозии, поэтому постоянные магниты неодим -железо- бор покрывают цинком, никелем ,медью или комбинацией этих материалов. Магниты неодим- железо- бор используются в двигателях постоянного тока, шаговых электромоторах и других устройствах электропривода, аккустических приборах, магнитных креплениях, подъемниках, держателях, сепараторах. Постоянные магниты NdFeB в настоящее время занимают уникальное положение по соотношению характеристики/стоимость, что объясняет бурный рост их производства и внедрение в различные отрасли.

На каждом из магнитопроводов расположено по обмотке управлния (4). Поверхность полюсов ротора зубчатая. Электромагнитные модули расположены со взаимным линейным сдвигом, равным , где k=0,1,2… целое число, значения которого выбирается из конструктивных соображений. Между первичным и вторичным элементами ЛИД имеется зазор . На рисунке 11.2 а, б, представлена конструкция линейного индукторного двигателя , подвижный элемент которого перемещается над неподвижным на опорах качения (9). Подвижный элемент в свою очередь состоит из фазных электромагнитных модулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы ,обмотки управления (6) и постоянные магниты возбуждения (7). На подвижном элементе находятся крепежные отверстия (3), служащие для крепления нагрузки, коробка выводов (2), провода с которой подключаются к блоку управления. Подвижный элемент расположен в корпусе (8), линейная направляющая крепится винтами (5) к опорам (1).

Рис.11.2. Линейный индукторный двигатель.

а)Вид сверху;

б)Разрез А-А.

11.2 Технология изготовления подвижного элемента ЛИД

Этапы технологии изготовления модуля ЛИД:

1. Холодная штамповка

2. Отжиг

3. Сборка магнитопровода

Холодная штамповка

Под холодной штамповкой понимают штамповку без предварительного нагрева заготовки при температуре окружающей среды. Холодную штамповку можно подразделить на объемную штамповку (сортового металла) и листовую штамповку (листового материала).

Холодная штамповка является прогрессивным технологическим процессом, ее преимущества в техническом отношении: возможность получить детали сложной формы; возможность создать прочные и жесткие, но легкие конструкции; возможность получить детали с высокой точностью (8-9 квалитеты) без последующей механической обработки; возможность получить детали со стабильными размерами. К преимуществам в экономическом отношении относятся: высокая производительность процесса; экономичное использование материала; низкая стоимость деталей.

Основным методом штамповки в настоящий момент является метод последовательной штамповки. Метод последовательной штамповки позволяет комплексно автоматизировать изготовление листов магнитопроводов на листоштамповочных установках на базе пресс-автоматов. Весь процесс изготовления листов, включая размотку, правку ленты, штамповку и выдачу ориентированных (по пазам) листов, а также удаление и транспортировку отходов, производится автоматически.

Отжиг

После холодной штамповки следует процесс отжига.

Отжиг первого рода - процесс термической обработки, заключающийся в нагреве детали до температуры ниже фазовых превращений, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении с заданной скоростью.

Такой вид отжига применяется для снятия наклепа и внутренних напряжений у деталей, подвергнутых холодной деформации (холодная прокатка, холодная штамповка, волочение). Внутренние напряжения в металле могут достигать большой величины и, складываясь с рабочими, т. е. возникающими при работе, могут неожиданно превышать предел прочности и приводить к разрушению. Устранение внутренних напряжений производится с помощью специальных видов отжига. Этот отжиг проводится при температурах рекристаллизации: t_отж=0,2-0,3Т_пл^о К. Повышенная температура облегчает скольжение дислокаций и, под действием внутренних напряжений, происходит их перераспределение, т. е. из мест с повышенным уровнем внутренних напряжений дислокации перемещаются в области с пониженным уровнем. Происходит как бы разрядка внутренних напряжений. При нормальной температуре этот процесс будет длиться в течении нескольких лет. Увеличение температуры резко увеличивает скорость разрядки, и продолжительность такого отжига составляет несколько часов.

Следует отметить следующие мероприятия по обеспечению безопасности при протекании данного технологического процесса:

1) При работе с внедрением печей с контролируемой атмосферой регулярно проверить газоплотность печей.

2) Не открывать щитки управления механизмами печей без их обесточивания.

3) Перед началом работы проверить исправность вентиляции.

Сборка магнитопровода

Магнитопровод собирают из шихтованных листов электротехнической стали. Набирают из них общий пакет магнитопроводов, затем прессуют.

Прессование магнитопровоа - важная технологическая операция. От его усилия во многом зависят потери в магнитопроводе во время работы машины. При недостаточном прессовании магнитопровод получается большей длины и нежестким. При прессованием усилием выше допустимого возможно замыкание листов между собой, нарушение их изоляции, уменьшение размеров сердечника и, следовательно, увеличение потерь. Усилия прессования, применяемые на различных заводах при производстве различных машин, значительно отличаются друг от друга. Единых требований для установления усилий прессования нет, поэтому в каждом случае технологи выбирают на основе эксперимента и испытаний оптимальное усилие; его соблюдение при изготовлении сердечника является обязательным. На большинстве заводов прессование осуществляется под давлением 1 -1,5 МПа. Прессование производится в тисках. Затем формируют монолитный блок, заливают компаундом, поверхность сердечника шлифуют и нарезают зубцы . Размещают обмотки управления и постоянные магниты. Далее сердечник двигателя закрепляют в корпусе.

Заключение

Данная работа посвящена изучению, проектированию и моделированию ЛИД с постоянными магнитами. В работе описан принцип действия, история возникновения, конструкция и область применения ЛИД.

Был проведен расчет ЛИД с разным количеством зубцов на подвижном элементе, с целью определения наилучшего варианта, при котором двигатель будет развивать максимальное ускорение. Наиболее оптимальным был выбран вариант с количеством зубцов на полюсе z=3, для этого варианта в программе Matlab-Simulink был смоделирован ЛИД с постоянными магнитами, рассчитаны и построены рабочие характеристики двигателя для частот f=50; 150; 300 Гц.

Разработана методика проектирования ЛИД с инерциальной нагрузкой. Получены расчетные формулы и зависимости для выбора требуемого ускорения и тягового усилия при заданном перемещении, массе нагрузки и быстродействии.

Список литературы

1. Фисенко В.Г., Попов А.Н. "Проектирование вентильных индукторных двигателей".

2. Емельянов А.В., Шилин А.Н. "Шаговые двигатели".

3. Под ред.Копылова И.П. "Проектирование электрических машин".

4. Гольдберг О.Д., Гурт Я.С., Свириденко И С. "Проектирование электрических машин".

5. Свириденко П. А., Шмелев А. Н. "Основы автоматизированного электропривода".

6. Ярославцев М.И. "Математическая модель линейного индукторного двигателя с электромагнитным возбуждением".

Размещено на Allbest.ru