مقدمه
در سیستم ها و ماشین آلات صنعتی روش های متعددی برای ایجاد حرکت خطی وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از :
- تبدیل حرکت دورانی موتورهای دوار به حرکت خطی با استفاده از مبدل های مکانیکی
- استفاده از سیستم های هیدرولیکی
- استفاده از سیستم های پنومـاتیکی
در پاورپوینت به بررسی اصول کارکرد موتورهای خطی می پردازیم.
معرفی
موتورهای خطی نسل جدیدی از ماشین های الکتریکی هستند که بدون نیاز به تجهیزات و مبدل های مکانیکی ، تولید نیرو و حرکت می کنند.
مزیت عمده موتورهای خطی در حـذف مبدل های مکانیکی و عـدم وجـود قـسـمتـهای مکانیکی متحرک است ، چرا که در این ماشین ها حـرکت خـطی مستقیما توسط میدان الکترومغناطیسی تولید می شود.
موتورهای خطی در مقایسه با مبدل های مکانیکی دارای عملکرد خوبی بر حسب سرعت ، شتاب ، نیرو و موقعیت یابی دقیق هستند ؛ هـمچنین با قرار دادن این موتورها در یک سیستم کنترلی حلقه بسته میتوان مشخصه های الکتریکی و مکانیکی آنها را به بهترین شکل بهینه سازی کرد.
اصول کارکرد موتورهای خطی
موتورهای خطی – موتورهای چرخشی:
دیاگرام شماتیک:
عملکرد اصلی موتورهای خطی و دورانی تقریباً یکسان می باشد. موتور خطی را میتوان به صورت یک موتور چرخشی تصور کرد که از مرکز شفت برش داده شده و به صورت تخت در آمده باشد ، همانگونه که در شکل مشاهده می کنید. از همین رو، موتور خطی را می توان با موتور دورانی مقایسه کرد. پس هرگاه یک موتور دورانی القایی وجود داشته باشد یک موتور القایی خطی نیز وجود خواهد داشت .
بطور مشابه به ازای یک موتور دورانـــی (Brushless) یک موتورخطی (Brushless) نیز وجود خواهد داشت . در اینجا هدف پرداختن به جزئیات و عملکرد مدلهای متفاوت موتور نیست چرا که در بسیاری از کتابها آورده شده است ، بلکه می خواهیم تفاوتهای اصلی بین موتورهای خطی و دورانی را متذکر شویم.
اثر انتهایی ، End effect
تفاوت اصلی بین موتور خطی و موتور دورانی در اثر انتهایی آنها می باشد. در شکل میتوانید ملاحظه کنید که حرکت چرخشی در موتور دورانی، انتهایی ندارد در صورتی که بطور مشخص یک محرک خطی در جهت حرکت خود ، دو انتها دارد. اثر انتهایی باعث بروز پدیده پیچیده ای است که شامل نیروی پله ای(Cogging Force) قابل ملاحظه -ای ناشی از تغییرات رلوکتانس و تغییر شکل میدان مغناطیسی در سرعت زیاد میگردد.
در نتیجه در طراحی موتور خطی و الگوریتم کنترلی درایو موتور ، باید این اثرات لحاظ شوند به خصوص زمانی که حرکتهای سریع و دقیق در نظر می باشد .
علیرغم قیمت بالای موتورهای خطی که در حال حاضر ناشی از تولید غیر انبوه آنهاست باید توجه داشت که بازده عالی و تعمیرات کمتر حاصل بکارگیــــری آنها در ماشینهای مدرن هزینه را در طولانی مدت کاهش می دهند و بکارگیری موتور خطی در ماشینها به سرعت جایگاه خود را می یابند.
مناسب ترین کاربرد برای استفاده از موتور خطی، در ماشینهایی است که نیاز به سرعتو دقت بالا و بار خارجی کمتر دارند مانند کاربردهای Pick & Place یا برشهای دقیق ، ماشینهای CNC و …
دسته بندی موتورهای خطی و مشخصات آنها
موتورهای خطی بکار برده شده با کنترل کننده های سروو دقیق شامل 3 نوع زیر می باشند :
سروو موتور Brushless AC :
این نوع موتور شامل 2 قسمت می باشد، یک قسمت حاوی مغناطیسهایی است که به صورت متوالی با قطبهای متناوب بر روی یک پایه از فلز فرو مغناطیس جهت تولید میدان مغناطیسی دائم قرار گرفته اند.
دیگری ترکیب کویلهای چند فاز که روی یک مجموعه ورق مغناطیسی (هسته آهنی) یا (Epoxy Coil ) پیچیده شده اند و با انتقال جریان AC تولید نیرو می نماید. هـر یک از دو قسمت می تواند متحرک باشد و دیگری ثابت . اگر قسمت مغناطیسی حرکت کند مغناطیس متحرک Moving magnet خوانده می شود ، در غیر اینصورت آنرا سیم پیچ متحرک (moving coil) می نامیم.
Voice Coil Motor :
این مدل از موتور ، عمدتاً در هارد دیسکها به عنوانReadder استفاده می شود.
استاتور شامل مغناطیسها و آهن برای ساختن حلقه مغناطیسی بسته می باشد. قسمت متحرک شامل یک کویل حامل جریان DC در یک فاصله هوایی از میدان مغناطیسی بسته جهت تولید نیرو می باشد. اساساً دو حالت وجود دارد ، نوع Round Tube و نوع Rectangular Tube .
موتور پله ای
استاتور این مدل شامل صفحات فرومغناطیس دندانه دار می باشد و قسمت متحـرک از کویلهای چند فاز پیچیده شده به دور مجموعه ای از ورقه های فرومغناطیس دندانه دار دیگر تشکیل شده است. به دلیل تغـییرات رلوکـتانس حاصل از ترکیب دنـدانه های دو قسمـت نقـاط پایدار متناوبی حاصل می گـردد. جریان عبوری از سیم پیچها با تغییر از یک نقطه پایدار به نقطه پایدار بعدی تغییر می کند (توسط درایو). البته اگر این جریان بصورت خطی کنترل شود ، حرکت با موقعیت یابی دقیق تر را به ما می دهد.
کنترل موتور خطی
موتورهای خطی را با استفاده از نرم افزار شرکت سازنده به روش های مختلفی می توان کنترل کرد. به عـنوان مثال برای موتورهای خطی LinMot می توان به چهار روش فرمان حرکت داد :
به شکل دستی از پنل کنترلی نرم افزار با ارسال دستورات در فرمت Hex با پورت سریال مثلا از PLC با تعریف خط به خط دستورات در قسمت Command Table نرم افزار با مشخص کردن ترتیب دستورات از قبل نوشته شده در قسمت Motion Control نرم افزار غیر از روش نخست ، در دیگر روش ها با دقـت میلیمتر می توان نحوه حرکت را مشخص کرد. روش نخست بیشتر برای تست اولیه ی موتور به کار می رود.
شرح مختصری از موتور خطی LinMot
موتورهای خطی LinMot نیروی مغناطیس را بدون واسطه بکار میگیرند. در این سیستم نیروی الکترومغناطیس یک حرکت خطی مستقیم را بدون استفاده از بادامک ، دنده ، تسمه و یا هر قطعه مکانیکی دیگر تولید می کند.
این موتورها تنها از دو قسمت اسلایدر و استاتور تشکیل شده اند. اسلایدر مونتاژ دقیقی است از یک لوله فلزی استیل که با آهن رباهای neodymium پر شده است. این مغناطیس ها دارای سوراخهای دندانه دار در هر دو سو میباشند. استاتور نگهدارنده اسلایدر بوده و شامل سیم پیچ ها ، محل لغزش اسلایدر، سنسورهای موقعیت و یک برد میکروپروسسور است که در ساخت آن کلیه شرایط مورد نیاز برای کار در محیطهای صنعتی سخت لحاظ شده است.
فهرست مطالب
مقدمه
معرفی
اصول کارکرد موتورهای خطی
دسته بندی موتورهای خطی و مشخصات آنها
کنترل موتورهای خطی
مقایسه موتورهای خطی
شرح و معرفی مختصری از موتور خطی LinMot
کاربرد در اتوماسیون و رباتیک