Стенд для испытаний линейных двигателей: Упорная сила, Пульсация скорости, и проверка точности позиционирования

Линейные двигатели — это другая проблема тестирования

Линейные двигатели преобразуют электрическую энергию непосредственно в поступательную силу без промежуточного механизма коробки передач., пояс, или ШВП. Эта элегантность прямого привода — высокая динамика, нулевой люфт, длительный срок службы — это также означает отсутствие механической фильтрации пульсаций силы.. Каждое погружение в зубец, каждая текущая гармоника, каждая неровность шага щели проявляется непосредственно как возмущение нагрузки. Для полупроводниковой пластины, положение которой должно составлять ±10 нм., или станок, который должен поддерживать чистоту поверхности ниже Ra 0.2 мкм, Таким образом, испытание линейных двигателей представляет собой прецизионную метрологическую задачу в такой же степени, как и определение характеристик электрической машины..

В этом руководстве описаны основные элементы испытаний линейных двигателей с постоянными магнитами. (л/мин), конкретные проблемы с приборами, и как результаты испытаний влияют на проектные решения в высокопроизводительных приложениях.

Технологический ландшафт линейных двигателей

Три семейства чаще всего встречаются в промышленности и транспорте.:

• LPM с прорезями и железным сердечником (U-образный или плоский): Высокая плотность тяги; выраженная сила зацепления. Используется в станках, портальные системы, листогибочные тормоза.
• Безслотовый (силовой агрегат с воздушным сердечником или без железа): Почти нулевой зубец; более низкая плотность тяги; очень низкая движущаяся масса. Доминирует в полупроводниковой литографии., этапы метрологии, и подобрать и разместить.
• Трубчатый линейный двигатель: Симметричный путь потока; компактное поперечное сечение; используется при литье под давлением, упаковка, и линейные транспортные модули.

Четвертая новая категория — это линейные двигатели с длинным статором, используемые в системах магнитной подвески. (МАГЛЕВ, концепции гиперлупа), где длина статора может достигать нескольких километров, и задача испытаний смещается в сторону определения характеристик на уровне транспортного средства, а не тестирования компонентов.

Основные тестовые задания

1. Пиковая и постоянная сила тяги

Тяга — основной номинальный параметр. Испытательный стенд сдерживает силовика (движущаяся часть) в направлении движения, измеряя создаваемую силу с помощью тензодатчика. Для безжелезных силовиков, пиковая тяга обычно в 2–4 раза превышает непрерывную. (термически ограниченный) рейтинг. Для силовиков с железным сердечником, пиковая тяга может достигать 3–6 × непрерывная. Сила измеряется по сетке амплитуд тока и фазовых углов. (d-q текущее пространство), создание тяги против тока (Ф-Я) карта, определяющая силовую константу (кФ, в н/д) и его изменение при изменении тока насыщения.

Ключевые показатели: Линейность силовой константы ±2% до 80% пикового тока; пиковая тяга внутри 5% проектной цели; длительная тяга при номинальной температуре обмотки в пределах 3%.

2. Усилие зацепления и удержания

Сила зацепления (обесточенный, периодический с шагом паза) является доминирующим нарушением в машинах с железным сердечником. Стенд перемещает силовой агрегат с постоянной низкой скоростью. (1–5 мм/с) в обесточенном состоянии и измеряет силу с помощью тензодатчика с высоким разрешением. (разрешение < 0.1 Н). Удерживающая сила — взаимодействие конечных эффектов силика конечной длины с матрицей магнитов — добавляет компонент с более длинным периодом.. Оба должны быть охарактеризованы, поскольку таблицы компенсации прямой связи в сервоприводе требуют точного содержания гармоник до 5-го или 6-го порядка..

3. Пульсация скорости и динамическая жесткость

Пульсации скорости — это поступательный эквивалент пульсаций крутящего момента во вращающихся машинах.. Стенд приводит в действие силовой агрегат с заданной постоянной скоростью, в то время как лазерный интерферометр или стеклянный энкодер измеряет фактическое положение и скорость с разрешением субмикрометра.. Пульсации скорости выражаются как размах отклонения от заданного значения., обычно указывается на нескольких скоростях (НАПРИМЕР., 10, 50, 500 мм/с) и как гармонический спектр. Динамическая жесткость измеряется путем наложения синусоидальных силовых возмущений на различных частотах и ​​измерения отклонения положения..

Ключевые показатели: пульсация скорости < 0.1% в 100 мм/с; повторяемость позиционирования ±0,5 мкм (железный сердечник), ±0,05 мкм (без железа).

4. Тепловое картирование и термическое сопротивление

Линейные двигатели имеют ограниченный путь теплового потока — силовой агрегат теряет тепло в основном через вал и тянущуюся за ним цепь., в отличие от роторного двигателя с корпусом на 360°. Стенд измеряет температуру обмотки (Термисторы PTC или датчики PT100, встроенные в каждую фазу.) и температура поверхности плиты при установившейся непрерывной тяге. Термическое сопротивление (К/Вт) от обмотки к охлаждающей жидкости извлекается из зависимости температуры от рассеиваемой мощности.. Безжелезные форсунки с жидкостным охлаждением для полупроводникового оборудования особенно чувствительны, поскольку скорость потока охлаждающей жидкости влияет на повторяемость силовой постоянной из-за изменения температуры магнита..

5. Идентификация электрических параметров

Фазовое сопротивление (при рабочей температуре), индуктивность обмотки (Лд, Lq на нескольких уровнях тока), и постоянное напряжение обратной ЭДС (кЭ) измеряются на стенде с использованием системы отсчета с неподвижным ротором. Для безжелезных двигателей с незначительной заметностью (Ld ≈ Lq), это сводится к простому измерению сопротивления-индуктивности. Для двигателей с железным сердечником, кривые насыщения измеряются путем качания тока по осям d и q независимо.

6. Изоляция и диэлектрическая стойкость

Форсировщики линейных двигателей часто работают в средах с агрессивными охлаждающими жидкостями., машинные масла, или увлажнители для чистых помещений. Скамья выполняет хипот переменного тока (2×Урейт + 1,000 В согласно МЭК 60664-1) и измерение сопротивления изоляции (1,000 Испытание мегаома постоянного тока В постоянного тока) после термоциклирования и после циклов выдержки охлаждающей жидкости, где это применимо.

Проблемы с приборами

Наиболее серьезной проблемой при испытаниях линейных двигателей является соединение датчика силы для измерения силы с кареткой силы без создания изгибающих моментов.. Необходимы тензодатчики с изгибной связью и одноосной податливостью в поперечных направлениях.; жесткое крепление будет неправильно определять усилие из-за изменений плоскостности плиты. Диапазон перемещения также ограничивает характеристику.: сила, движущаяся в 3 м/с в течение 0.5 магнитная дорожка m совершает один проход за 167 РС, что ограничивает время сбора данных для тепловых измерений на высокой скорости.

Что это означает для выбора испытательного стенда

Стенды для испытаний линейных двигателей по своей сути ориентированы на конкретное применение.. Стенд для создания безжелезных силовых агрегатов полупроводникового класса требует интерферометрии нанометрового разрешения и материалов, совместимых с чистыми помещениями.; стенд для станочных двигателей с железным сердечником требует датчиков силы диапазона в килоньютонах и подачи охлаждающей жидкости. Определение диапазона силы, диапазон скоростей, Требования к разрешению и разрешению позиционирования до определения стенда предотвращают дорогостоящие перерасходы.- или не соответствует спецификации.

Наша команда сконфигурировала системы тестирования линейных двигателей для архитектур без железа и с железным сердечником в диапазоне тяги от 50 Н к 20 кН. Чтобы обсудить ваши конкретные требования, поговорите с нашей командой инженеров.