Lihat berbagai motor linier yang tersedia dan cara memilih jenis yang optimal untuk aplikasi Anda.
Artikel berikut adalah ikhtisar tentang berbagai jenis motor linier yang tersedia, termasuk prinsip operasinya, sejarah pengembangan magnet permanen, metode desain untuk motor linier dan sektor industri yang menggunakan masing-masing jenis motor linier.
Teknologi Motor Linier dapat berupa: Motor Induksi Linier (LIM) atau Motor Sinkron Linier Magnet Permanen (PMLSM).PMLSM dapat berupa inti besi atau tanpa besi.Semua motor tersedia dalam konfigurasi datar atau tubular.Hiwin telah berada di garis depan desain dan manufaktur motor linier selama 20 tahun.
Keuntungan Motor Linear
Motor linier digunakan untuk memberikan gerakan linier, yaitu menggerakkan muatan tertentu dengan akselerasi, kecepatan, jarak tempuh, dan akurasi yang ditentukan.Semua teknologi gerak selain penggerak motor linier adalah semacam penggerak mekanis untuk mengubah gerak putar menjadi gerak linier.Sistem gerak seperti itu digerakkan oleh sekrup bola, ikat pinggang atau rak dan pinion.Masa pakai semua penggerak ini sangat bergantung pada keausan komponen mekanis yang digunakan untuk mengubah gerak putar menjadi gerak linier dan relatif singkat.
Keuntungan utama motor linier adalah memberikan gerakan linier tanpa sistem mekanis apa pun karena udara adalah media transmisi, oleh karena itu motor linier pada dasarnya adalah penggerak tanpa gesekan, memberikan masa pakai yang secara teoritis tidak terbatas.Karena tidak ada bagian mekanis yang digunakan untuk menghasilkan gerakan linier, percepatan yang sangat tinggi adalah kecepatan yang mungkin terjadi di mana penggerak lain seperti sekrup bola, sabuk, atau rak dan pinion akan menghadapi keterbatasan serius.
Motor Induksi Linear
Gambar 1
Motor induksi linier (LIM) adalah yang pertama ditemukan (paten AS 782312 – Alfred Zehden pada tahun 1905).Ini terdiri dari "primer" yang terdiri dari tumpukan laminasi baja listrik dan sejumlah kumparan tembaga yang disuplai oleh tegangan tiga fase dan "sekunder" yang umumnya terdiri dari pelat baja dan pelat tembaga atau aluminium.
Ketika kumparan primer diberi energi, kumparan sekunder menjadi magnet dan medan arus eddy terbentuk di konduktor sekunder.Medan sekunder ini kemudian akan berinteraksi dengan EMF primer untuk menghasilkan gaya.Arah gerak akan mengikuti aturan tangan kiri Fleming yaitu;arah gerak akan tegak lurus terhadap arah arus dan arah medan/fluks.
Gambar 2
Motor induksi linier menawarkan keuntungan dengan biaya yang sangat rendah karena motor sekunder tidak menggunakan magnet permanen.Magnet permanen NdFeB dan SmCo sangat mahal.Motor induksi linier menggunakan bahan yang sangat umum, (baja, aluminium, tembaga), untuk sekundernya dan menghilangkan risiko pasokan ini.
Namun, kelemahan dari penggunaan motor induksi linier adalah tersedianya penggerak untuk motor tersebut.Meskipun sangat mudah menemukan penggerak untuk motor linier magnet permanen, sangat sulit menemukan penggerak untuk motor induksi linier.
Gambar 3
Motor Sinkron Linier Magnet Permanen
Motor sinkron linier magnet permanen (PMLSM) pada dasarnya memiliki primer yang sama dengan motor induksi linier (yaitu, satu set kumparan yang dipasang pada tumpukan laminasi baja listrik dan digerakkan oleh tegangan tiga fasa).Sekunder berbeda.
Alih-alih pelat aluminium atau tembaga yang dipasang di atas pelat baja, sekundernya terdiri dari magnet permanen yang dipasang di atas pelat baja.Setiap arah magnetisasi magnet akan bergantian terhadap yang sebelumnya seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3.
Keuntungan nyata menggunakan magnet permanen adalah menciptakan medan permanen di sekunder.Kita telah melihat bahwa gaya dihasilkan pada motor induksi oleh interaksi medan primer dan medan sekunder yang hanya tersedia setelah medan arus eddy dibuat di sekunder melalui celah udara motor.Ini akan menghasilkan penundaan yang disebut "slip" dan gerakan sekunder tidak selaras dengan tegangan primer yang disuplai ke primer.
Untuk alasan ini, motor linier induksi disebut "asinkron".Pada motor linear magnet permanen, gerak sekunder akan selalu sinkron dengan tegangan primer karena medan sekunder selalu tersedia dan tanpa penundaan.Untuk alasan ini, motor linier permanen disebut "sinkron".
Berbagai jenis magnet permanen dapat digunakan pada PMLSM.Selama 120 tahun terakhir, rasio setiap bahan telah berubah.Saat ini, PMLSM menggunakan magnet NdFeB atau magnet SmCo, tetapi sebagian besar menggunakan magnet NdFeB.Gambar 4 menunjukkan sejarah perkembangan magnet Permanen.
Gambar 4
Kekuatan magnet dicirikan oleh produk energinya di Megagauss-Oersteds, (MGOe).Hingga pertengahan tahun delapan puluhan hanya Steel, Ferrite, dan Alnico yang tersedia dan menghasilkan produk dengan energi sangat rendah.Magnet SmCo dikembangkan pada awal 1960-an berdasarkan karya Karl Strnat dan Alden Ray dan kemudian dikomersialkan pada akhir tahun enam puluhan.
Gambar 5
Produk energi magnet SmCo pada awalnya lebih dari dua kali lipat produk energi magnet Alnico.Pada tahun 1984 General Motors dan Sumitomo secara mandiri mengembangkan magnet NdFeB, senyawa Neodynium, Besi dan Boron.Perbandingan magnet SmCo dan NdFeB ditunjukkan pada Gambar 5.
Magnet NdFeB mengembangkan kekuatan yang jauh lebih tinggi daripada magnet SmCo tetapi jauh lebih sensitif terhadap suhu tinggi.Magnet SmCo juga jauh lebih tahan terhadap korosi dan suhu rendah tetapi harganya lebih mahal.Ketika suhu pengoperasian mencapai suhu maksimum magnet, magnet mulai mengalami demagnetisasi, dan demagnetisasi ini tidak dapat diubah.Magnetisasi yang hilang akan menyebabkan motor kehilangan tenaga dan tidak dapat memenuhi spesifikasi.Jika magnet beroperasi di bawah suhu maksimum 100% dari waktu, kekuatannya akan dipertahankan hampir tanpa batas.
Karena biaya magnet SmCo yang lebih tinggi, magnet NdFeB adalah pilihan yang tepat untuk sebagian besar motor, terutama mengingat tersedianya gaya yang lebih tinggi.Namun, untuk beberapa aplikasi di mana suhu pengoperasian bisa sangat tinggi, sebaiknya gunakan magnet SmCo untuk menghindari suhu pengoperasian maksimum.
Desain motor Linear
Motor linier umumnya dirancang melalui Simulasi Elektromagnetik Elemen Hingga.Model 3D akan dibuat untuk mewakili tumpukan laminasi, gulungan, magnet, dan pelat baja yang menopang magnet.Udara akan dimodelkan di sekitar motor serta di celah udara.Kemudian properti material akan dimasukkan untuk semua komponen: magnet, baja listrik, baja, gulungan, dan udara.Jala kemudian akan dibuat menggunakan elemen H atau P dan model diselesaikan.Kemudian arus dialirkan ke setiap koil dalam model.
Gambar 6 menunjukkan output dari simulasi dimana fluks di tesla ditampilkan.Nilai keluaran utama yang menarik untuk simulasi tentu saja adalah gaya motor dan akan tersedia.Karena belokan ujung kumparan tidak menghasilkan gaya apa pun, simulasi 2D juga dapat dilakukan dengan menggunakan model 2D (DXF atau format lain) motor termasuk laminasi, magnet, dan pelat baja yang menopang magnet.Output dari simulasi 2D tersebut akan sangat mirip dengan simulasi 3D dan cukup akurat untuk menilai gaya motor.
Gambar 6
Motor induksi linier akan dimodelkan dengan cara yang sama, baik melalui model 3D atau 2D tetapi penyelesaiannya akan lebih rumit daripada PMLSM.Ini karena fluks magnet sekunder PMLSM akan dimodelkan secara instan setelah memasukkan properti magnet, oleh karena itu hanya diperlukan satu penyelesaian untuk mendapatkan semua nilai keluaran termasuk gaya motor.
Namun, fluks sekunder motor induksi akan memerlukan analisis transien (artinya beberapa penyelesaian pada interval waktu tertentu) sehingga fluks magnet sekunder LIM dapat dibangun dan baru gaya dapat diperoleh.Perangkat lunak yang digunakan untuk Simulasi Elemen Hingga Elektromagnetik harus memiliki kemampuan untuk menjalankan analisis transien.
Panggung Motor Linier
Gambar 7
Hiwin Corporation memasok motor linier di tingkat komponen.Dalam hal ini, hanya motor linier dan modul sekunder yang akan dikirim.Untuk motor PMLSM, modul sekunder akan terdiri dari pelat baja dengan panjang berbeda yang di atasnya akan dipasang magnet permanen.Hiwin Corporation juga menyediakan tahapan lengkap seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Tahapan tersebut mencakup rangka, bantalan linier, motor primer, magnet sekunder, kereta bagi pelanggan untuk memasang muatannya, enkoder, dan jalur kabel.Panggung motor linier akan siap untuk dimulai saat pengiriman dan membuat hidup lebih mudah karena pelanggan tidak perlu merancang dan membuat panggung, yang membutuhkan pengetahuan ahli.
Umur Servis Panggung Motor Linear
Masa pakai tahap motor linier jauh lebih lama daripada tahap yang digerakkan oleh sabuk, sekrup bola, atau rak dan pinion.Komponen mekanis dari tahapan yang digerakkan secara tidak langsung biasanya merupakan komponen pertama yang gagal karena gesekan dan keausan yang terus menerus mereka alami.Tahap motor linier adalah penggerak langsung tanpa kontak mekanis atau keausan karena media transmisinya adalah udara.Oleh karena itu, satu-satunya komponen yang dapat gagal pada tahap motor linier adalah bantalan linier atau motor itu sendiri.
Bantalan linier biasanya memiliki masa pakai yang sangat lama karena beban radial sangat rendah.Masa pakai motor akan bergantung pada suhu pengoperasian rata-rata.Gambar 8 menunjukkan umur insulasi motor sebagai fungsi temperatur.Aturannya adalah masa pakai akan berkurang setengahnya untuk setiap 10 derajat Celcius suhu pengoperasian di atas suhu pengenal.Sebagai contoh, kelas Insulasi motor F akan berjalan 325.000 jam pada suhu rata-rata 120°C.
Oleh karena itu, diperkirakan bahwa tahap motor linier akan memiliki masa pakai 50+ tahun jika motor dipilih secara konservatif, masa pakai yang tidak pernah dapat dicapai oleh tahap penggerak sabuk, sekrup bola, atau rak dan pinion.
Gambar 8
Aplikasi untuk Motor Linear
Motor induksi linier (LIM) sebagian besar digunakan dalam aplikasi dengan panjang perjalanan panjang dan di mana gaya yang sangat tinggi diperlukan dikombinasikan dengan kecepatan yang sangat tinggi.Alasan pemilihan motor induksi linier adalah karena biaya sekunder akan jauh lebih rendah daripada jika menggunakan PMLSM dan pada kecepatan yang sangat tinggi efisiensi motor Induksi Linier sangat tinggi, sehingga sedikit daya yang hilang.
Misalnya, EMALS (Sistem Peluncuran Elektromagnetik), yang digunakan pada kapal induk untuk meluncurkan pesawat menggunakan motor induksi linier.Sistem motor linier pertama dipasang di kapal induk USS Gerald R. Ford.Motor tersebut dapat mempercepat pesawat seberat 45.000 kg dengan kecepatan 240 km/jam di lintasan 91 meter.
Contoh lain wahana taman hiburan.Motor induksi linier yang dipasang pada beberapa sistem ini dapat mempercepat muatan yang sangat tinggi dari 0 hingga 100 km/jam dalam 3 detik.Tahap motor induksi linier juga dapat digunakan pada RTU, (Robot Transport Units).Sebagian besar RTU menggunakan penggerak rak dan pinion tetapi motor induksi linier dapat menawarkan kinerja yang lebih tinggi, biaya lebih rendah, dan masa pakai lebih lama.
Motor Sinkron Magnet Permanen
PMLSM biasanya akan digunakan pada aplikasi dengan pukulan yang jauh lebih kecil, kecepatan lebih rendah tetapi akurasi tinggi hingga sangat tinggi, dan siklus kerja intensif.Sebagian besar aplikasi ini ditemukan di industri AOI (Automated Optical Inspection), semikonduktor, dan mesin laser.
Pemilihan tahapan penggerak motor linier, (penggerak langsung), menawarkan manfaat kinerja yang signifikan dibandingkan penggerak tidak langsung, (tahapan di mana gerakan linier diperoleh dengan mengubah gerakan putar), untuk desain yang tahan lama dan cocok untuk banyak industri.
Waktu posting: Feb-06-2023