Линейные двигатели Электрический транспорт, лифты высотных зданий, металлорежущее оборудование, транспортировочные конвейерные ленты, сваебойные молоты и даже бионические протезы приводятся в движение линейными двигателями. Преимущество таких двигателей в том, что для перемещения по прямой линии не требуются дополнительные механизмы – шестерни, рейки или цепи. Однако при обработке деталей сложной формы или выполнении манипуляций в робототехнике, а также при перекосах и неровностях движения может потребоваться перемещение по криволинейной траектории. Не каждая конструкция агрегата эффективно справляется с такой задачей без лишних колебаний. Ученые Пермского Политеха проанализировали три вида моделей линейного двигателя и выяснили, какой из них лучше всего подходит для решения поставленной задачи.
Статья опубликована Исследование опубликовано в журнале «Электротехника», номер 11, 2024 год. Работу провели в рамках программы «Приоритет 2030».
Большинство традиционных двигателей преобразуют электрическую энергию в вращательное движение поршня. Изменение скорости, силы и других параметров происходит с помощью механических передач: шестерен, реек и цепей. Это увеличивает сложность и массу конструкции.
В линейных двигателях подвижный элемент перемещается вдоль оси, не вращаясь. Из-за этого энергия преобразуется непосредственно в движение по прямой без вспомогательных механизмов. Это повышает надёжность и снижает износ компонентов. Но бывают случаи, когда подвижная часть должна двигаться по кривой или дуге, например, при обработке деталей сложной формы на станке или выполнении действий роботизированной рукой.
В некоторых линейных двигателях для таких случаев применяется гибкий вторичный элемент – подвижный механизм, способный изгибаться или деформироваться в определенных пределах. Проблема заключается в том, что не все подобные конструкции эффективно справляются с нестандартной траекторией.
Ученые Пермского Политеха сравнили варианты линейного двигателя и определили самый перспективный гибкий вторичный элемент. Анализ проводили в специальной программе, создавая двумерные модели. В качестве основы выбрали линейный четырехполюсный малогабаритный двигатель: его размеры малы, а применяется он там, где важны компактность, простота и надежность – например, в насосах, конвейерах и роботах-манипуляторах. Изучаемый элемент из силикона позволяет ему изгибаться, а магнитные элементы взаимодействуют с магнитным полем статора, вызывая движение.
Рассмотрели три варианта конструкции механизма. Первый – кольца из магнитомягкой стали внутри подвижной части, помещенной в силикон. Взаимодействие магнитного поля и тока создает силу, перемещающую подвижную часть в линейном двигателе. Второй вариант – смешивание силикона с магнитомягкой стружкой. Третий и наиболее простой – удаление 1/3 материала вокруг шарнира для большей гибкости. Александр Плюснин, аспирант кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ, комментирует. .
Мы оценивали модели по тяговому усилию – показателю силы, которую двигатель генерирует для перемещения объекта. В программе моделирования построили графики для каждой конструкции и рассчитали средние показатели. Результаты показали, что эффективен вариант с магнитомягкими кольцами: такой двигатель развивает наибольшее тяговое усилие – 4,38 Н против 3,58-3,63 Н. При этом он испытывает меньше колебаний и сохраняет стабильность и плавность работы. объясняет Денис Опарин, Руководитель кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ. .
В результате исследования ученых Пермского Политехника был найден наиболее перспективный вариант конструкции гибкого вторичного элемента для линейного двигателя. Это устройство способно эффективно работать на искривленных траекториях. Использование магнитомягких колец обеспечивает наибольшее тяговое усилие, меньшие колебания и, соответственно, более стабильную и эффективную работу. Разработка станет оптимальным решением для предприятий, где применяются станки для обработки деталей, конвейерные ленты и роботы-манипуляторы.
Информация предоставлена пресс-службой ПНИПУ
Источник фото: ru.123rf.com