Bàn thử nghiệm động cơ tuyến tính: Lực đẩy, Vận tốc gợn sóng, và xác thực độ chính xác định vị

Động cơ tuyến tính là một vấn đề thử nghiệm khác

Động cơ tuyến tính chuyển đổi năng lượng điện trực tiếp thành lực tịnh tiến mà không cần cơ cấu trung gian của hộp số, thắt lưng, hoặc vít bi. Sự sang trọng dẫn động trực tiếp—tính năng động cao, không phản ứng dữ dội, tuổi thọ lâu dài—cũng có nghĩa là không có bộ lọc gợn sóng cơ học. Mỗi lần nhúng bánh răng, mọi sóng hài hiện tại, mọi sự không đều của bước rãnh xuất hiện trực tiếp dưới dạng nhiễu loạn ở tải. Đối với giai đoạn wafer bán dẫn phải đặt ở vị trí ±10 nm, hoặc máy công cụ phải duy trì độ bóng bề mặt dưới Ra 0.2 mm, do đó, thử nghiệm động cơ tuyến tính là một bài tập đo lường chính xác cũng giống như mô tả đặc tính của máy điện.

Hướng dẫn này bao gồm các hạng mục kiểm tra chính cho động cơ nam châm vĩnh cửu tuyến tính (LPM), những thách thức về thiết bị cụ thể, và cách kết quả kiểm tra thúc đẩy các quyết định thiết kế trong các ứng dụng hiệu suất cao.

Cảnh quan công nghệ động cơ tuyến tính

Ba họ xuất hiện thường xuyên nhất trong các ứng dụng công nghiệp và giao thông vận tải:

• LPM lõi sắt có rãnh (Kênh chữ U hoặc giường phẳng): Mật độ lực đẩy cao; lực co giật rõ rệt. Được sử dụng trong máy công cụ, hệ thống giàn, nhấn phanh.
• không có khe (lực lõi không khí hoặc lực không sắt): Cogging gần như bằng không; mật độ lực đẩy thấp hơn; khối lượng chuyển động rất thấp. Chiếm ưu thế trong in thạch bản bán dẫn, giai đoạn đo lường, và chọn và đặt.
• Động cơ tuyến tính hình ống: Đường dẫn thông lượng đối xứng; mặt cắt nhỏ gọn; được sử dụng trong ép phun, bao bì, và mô-đun vận chuyển tuyến tính.

Loại mới nổi thứ tư là động cơ tuyến tính stator dài được sử dụng trong hệ thống đường ray đệm từ (MAGLEV, khái niệm hyperloop), trong đó stato có thể dài hàng km và thử thách thử nghiệm chuyển sang mô tả đặc tính ở cấp độ phương tiện thay vì thử nghiệm thành phần.

Mục kiểm tra cốt lõi

1. Lực đẩy cực đại và liên tục

Lực đẩy là thông số đánh giá chính. Ghế thử nghiệm hạn chế lực (bộ phận chuyển động) theo hướng di chuyển trong khi đo lực nó tạo ra bằng cảm biến tải trọng. Đối với máy ép không cần sắt, lực đẩy cực đại thường là 2–4× lực đẩy liên tục (giới hạn nhiệt) đánh giá. Đối với máy ép lõi sắt, lực đẩy cực đại có thể đạt tới 3–6× liên tục. Lực được đo tại một lưới có biên độ dòng điện và góc pha (d-q không gian hiện tại), tạo ra lực đẩy so với dòng điện (F-I) bản đồ xác định hằng số lực (kF, trong N/A) và sự thay đổi của nó với độ bão hòa hiện tại.

Số liệu chính: buộc tuyến tính không đổi ± 2% lên đến 80% dòng điện cực đại; lực đẩy cực đại bên trong 5% mục tiêu thiết kế; lực đẩy liên tục ở nhiệt độ cuộn dây định mức trong vòng 3%.

2. Lực lượng Cogging và Detention

Lực cogging (mất năng lượng, định kỳ với khoảng cách khe) là nhiễu chiếm ưu thế trong máy lõi sắt. Chiếc ghế di chuyển lực với vận tốc thấp không đổi (1–5 mm/s) ở trạng thái mất điện và đo lực bằng cảm biến tải trọng có độ phân giải cao (nghị quyết < 0.1 N). Lực giam giữ—sự tương tác giữa các tác động cuối cùng của một lực có chiều dài hữu hạn lên mảng nam châm—thêm một thành phần có chu kỳ dài hơn. Cả hai đều phải được đặc trưng bởi vì các bảng bù tiến tiếp trong bộ điều khiển servo yêu cầu nội dung hài chính xác lên đến bậc 5 hoặc thứ 6.

3. Vận tốc gợn sóng và độ cứng động

Gợn sóng vận tốc là độ gợn sóng tịnh tiến tương đương với gợn sóng mô-men xoắn trong máy quay. Băng ghế điều khiển lực ở vận tốc không đổi được chỉ định trong khi giao thoa kế laser hoặc bộ mã hóa quy mô thủy tinh đo vị trí và vận tốc thực tế ở độ phân giải dưới micromet. Độ gợn vận tốc được biểu thị bằng độ lệch từ đỉnh đến đỉnh so với điểm đặt, thường được chỉ định ở nhiều tốc độ (ví dụ., 10, 50, 500 mm/s) và như một phổ hài hòa. Độ cứng động được đo bằng cách chồng các nhiễu lực hình sin ở các tần số khác nhau và đo độ lệch vị trí.

Số liệu chính: gợn sóng vận tốc < 0.1% Tại 100 mm/s; độ lặp lại định vị ± 0,5 μm (lõi sắt), ±0,05 mm (không có sắt).

4. Bản đồ nhiệt và khả năng chịu nhiệt

Động cơ tuyến tính có đường dẫn nhiệt bị hạn chế—lực mất nhiệt chủ yếu qua trục lăn và xích kéo cáp, không giống như động cơ quay có vỏ 360°. Bàn đo nhiệt độ cuộn dây (Điện trở nhiệt PTC hoặc cảm biến PT100 được nhúng trên mỗi pha) và nhiệt độ bề mặt trục lăn dưới lực đẩy liên tục ở trạng thái ổn định. Khả năng chịu nhiệt (K/W) từ cuộn dây đến chất làm mát được tách ra từ độ dốc của nhiệt độ so với công suất tiêu tán. Bộ ép không chứa sắt làm mát bằng chất lỏng dành cho thiết bị bán dẫn đặc biệt nhạy cảm vì tốc độ dòng chất làm mát ảnh hưởng đến độ lặp lại không đổi lực thông qua sự thay đổi nhiệt độ nam châm.

5. Nhận dạng thông số điện

Điện trở pha (ở nhiệt độ hoạt động), độ tự cảm quanh co (Ld, Lq ở nhiều cấp độ hiện tại), và hằng số điện áp EMF ngược (kE) được đo trên băng ghế bằng cách sử dụng phương pháp khung tham chiếu cố định bằng rôto. Đối với động cơ không có sắt có độ lồi không đáng kể (Ld ≈ Lq), điều này làm giảm thành một phép đo điện trở-điện cảm đơn giản. Đối với động cơ lõi sắt, đường cong bão hòa được đo bằng cách quét dòng điện theo trục d và q một cách độc lập.

6. Cách điện và chịu được điện môi

Máy ép động cơ tuyến tính thường hoạt động trong môi trường có chất làm mát mạnh, dầu gia công, hoặc máy tạo độ ẩm phòng sạch. Ghế thực hiện AC hipot (2×Đã xếp hạng + 1,000 V mỗi IEC 60664-1) và đo điện trở cách điện (1,000 Kiểm tra megohm V DC) sau chu kỳ nhiệt và sau chu trình ngâm chất làm mát nếu có.

Những thách thức về thiết bị đo đạc

Thử thách quan trọng nhất trong thử nghiệm động cơ tuyến tính là ghép cảm biến tải trọng đo lực với bàn trượt lực mà không tạo ra mômen uốn.. Cảm biến tải trọng kết hợp linh hoạt tuân thủ một trục theo hướng ngang là rất cần thiết; một phần đính kèm cứng nhắc sẽ đọc sai lực đẩy do sự thay đổi độ phẳng của trục lăn. Phạm vi di chuyển cũng hạn chế đặc tính: một lực chuyển động tại 3 m/s trên một 0.5 m đường ray nam châm hoàn thành một lần truyền tải trong 167 bệnh đa xơ cứng, hạn chế thời gian thu nhận các phép đo nhiệt ở tốc độ cao.

Điều này có ý nghĩa gì đối với việc lựa chọn băng ghế thử nghiệm

Bàn thử nghiệm động cơ tuyến tính vốn dành riêng cho ứng dụng. Bàn dành cho máy ép không có sắt cấp bán dẫn yêu cầu phép đo giao thoa có độ phân giải nano mét và vật liệu tương thích với phòng sạch; băng ghế dành cho động cơ lõi sắt của máy công cụ yêu cầu cảm biến tải trọng cỡ kilonewton và xử lý chất làm mát bằng lũ. Xác định phạm vi lực, phạm vi vận tốc, và các yêu cầu về độ phân giải định vị trước khi chỉ định băng ghế dự bị giúp giảm chi phí- hoặc dưới đặc điểm kỹ thuật.

Nhóm của chúng tôi đã cấu hình các hệ thống thử nghiệm động cơ tuyến tính cho kiến ​​trúc không có sắt và lõi sắt trong phạm vi lực đẩy từ 50 N đến 20 kN. Để thảo luận về các yêu cầu cụ thể của bạn, nói chuyện với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi.