כיצד טרנספורטרנטים מגנטיים משפרים את יכולת הפעולה במכונות תעשייתיות

מבוא ל-Gatesive Transducers in Industrial Actuation

טרנספורמטיביים מגנטיים הופיעו כטכנולוגיה טרנספורמטיבית עבור פועלים תעשייתיים, המציעה שילוב ייחודי של דיוק גבוה, תגובה מהירה, עמידות חזקה, בניגוד למערכות אלקטרו-מכאניות קונבנציונליות שמסתמך על מנועים או חצני, מכשירים אלה מנצלים את ההשפעה המגנטית ישירות כדי להמיר אנרגיה מגנטית לתוך מתח מכני מבוקר.

מדע המגנט

תוצאות בסיסיות ומועמדים חומריים

מגנטיות היא רכוש של חומרים ferroמגנטיים ופרי מגנטיים לשנות את הממדים שלהם כאשר נתון לשדה מגנטי חיצוני.גלו על ידי ג'יימס Joule בשנת 1842, ההשפעה בולטת ביותר בחומרים עם anisotropy מגנטי גבוה ו קבוע מגנטי ריצוף גדול.

• (ב) ויקרא י"ד): "ה' (ב':20.3FLT: 3,20.3FLT): ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) מגלות FLT:1 (amorphous ברזל מבוסס ribbons) - בשימוש בעיקר יישומי חיישן אבל גם במנהגים נמוכים של כוח בשל יכולתה המגנטית הגבוהה.

חומרים אלה עוברים הגשמה מבנית של תחומים מגנטיים כאשר שדה חיצוני מוחל.הזן המתקבל יכול להיות חיובי (אורך לאורך הכיוון השדה) או שלילי (התקפה), בהתאם לנטייה הקריסטלוגרפיה של החומר.בתוקף, המוט המגנטי הוא בדרך כלל preloaded מכנית ומניח בתוך סליל.

אפקט Joule ואפקטים מנוגדים

אפקט Joule הישיר (אימון כתפקוד של שדה) הוא מצב העיקרי המשמש אקטוציה. עם זאת, אפקט וילהרי הפוכה - שינוי במגנטיות בתגובה ללחץ מכני - ניתן לנצל עבור שליטה עצמית. כמה עיצובים מתקדמים משלבים את שתי ההשפעות בו זמנית, המאפשר בקרת מיקום סגור ללא חיישנים חיצוניים נפרדים.

יעילות השוואתית מקבלת על פני החוק המסורתי

Piezoelectric vs. מגנטיות Actuators

משככי כאבים Piezoelectric ידועים בהחלטה תת-מטר, אבל הם סובלים משבץ מוגבל (בדרך כלל 0.1-0.2% זנים) ודורשים מתחים נהיגה גבוהים (100-1,000 V) פועלים מגבילים להשיג זנים דומים או גדולים יותר במתח נמוך (12-48 V) ויכולים לספק יותר כוח חזק.

אלקטרומגנטי (קול קויל) וסונואיד Actuators

קויטור קולי (VCAs) מספק שבץ ארוך לינאריות טובה אבל להסתמך על מגנטים קבועים וזרם גבוה כדי ליצור כוח, המוביל להפסדים משמעותיים עוצמה התנגדות. Solenoids הם פשוטים וזולים אבל להפגין שליטה גרועה בעמדות ביניים וסובלים מכוחות השפעה. מגנטים מגבילים לגשר על הפער: הם מציעים את צפיפות גבוהה של סולנואידים עם שליטה חלקה של VCA, כל אלה תוך כדי שינוי של כוח זה של תאים משתנים כגון לחץ אנרגיה או שינוי מיקום).

המונחים: hydroulic and Pneumatic Actuation

מתאמים הידרולקטיים מציעים כוח עצום אבל הם בלתי יעילים בשל הפסדים משאבה, דליפת שמן, ודור חום. pneumatic Actumatic Actuators הם מהירים אך סובלים מדחיסות ונוקשות ירודה. מגנטים פועלים מגבילים מספקים שלבים חשמליים-למכניים ישירים המסלקים את הצורך במערכות נוזליות מסייעות.

ביצועי מפתח שמניעים את היעילות

זמן תגובה ותשובה

חומרים מגנטיים מגבילים מוצגים הפסדים חד-זמניים נמוכים מאוד כאשר מלוטש או בשימוש במילון דק, המאפשרים לתדרים תפעול עד 20-50 kHz.זה מאיץ תגובה של מ"ר שניות למיקרו-שניות.ברובוטים מהירים והמקום המהיר, ירידה בזמן מחזור מ 0.1 עד 0.02 ניתוח יכול להכפיל באמצעות גורם של חמש אנרגיה מתקדמת יותר, כמו גם שיפור זמן בקרה מהירה יותר, כמו גם על פני מחזור מהיר יותר, כמו גם על פני זמן מ-ידי שימוש מהיר יותר, כמו גם על פני זמן מ-ידי ניתוח מחזורית, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, שיפור מהיר יותר מאשר שיפור זמן מ 0.1 עד 0.02 רזולוציה מהירה יותר, כמו גם על פני רזולוציה מהירה יותר, יכול ל-מנת שיפור יעיל יותר מאשר ניתוח מחזורית, כדי שיפור יעיל יותר מאשר ניתוח מחזורית במהירות גבוהה יותר מאשר ניתוח מחזורית, כלומר, כדי צמצום זמן מ-מנת שיפור יעיל יותר מ-מנת להפחתה מהירה יותר מ-מנת שיפור זמן מ-מנת ל-0.

החלטה וחזרה

עם שליטה סגורה באמצעות חיישנים מגנטיים או אפקט וילהרי, קביעת מיקום מתחת 1 מיקרון הוא קבוע באופן שגרתי כי הלחץ הוא פונקציה רציפה של השדה המגנטי (היסטריה ניתן לפצות עם שליטה הזנת קדימה), אלה פועלים מציעים חזרה על סדר 0.1% של שבץ מלא.

יכולת ותחזוקת ניכוי

חומרים מגנטיים הם מצב מוצק מטבעו ללא חלקים נעים במגע - לא מצחצחים, חותמות, או נושאים ללבוש.סיכון של עייפות מכנית מצטמצם כי הזנים הוא גמיש (בדרך כלל 0.1-0.2% זנים, גם מתחת לנקודת התשואות החומרית) בסביבות תעשייתיות קשות עם טמפרטורה גבוהה (עד 250 מעלות צלזיוס עבור Terfenol-D, 400 מעלות צלזיוס עבור GalC עבור Galtenol), או להפחתה דרסטית של מחזורי תחזוקה (מדבקות) יכול לפעול באופן דרסטית (מדבקות).

יישומים תעשייתיים ומחקרי מקרים

המונחים: Micro-Position

בכלים מכונה, כלי ללבוש פיצוי והתאמה עבודה הביקוש תת-מיקרוניים.שלבים ממונעים מסורתיים יש חיכוך, ריתוך וסחף תרמי. מגנטו מגבילים משולבים לתוך מהירות כלי servos (FTS) כי מיקום כלי הנכון בזמן אמת.לדוגמה, מכשיר יהלום הופך מצויד עם טרה-D-D-D-auator יכול לייצר פני השטח אופטיים עם גסות מתחת ל 10.

טייסים רובוטיים לאסיפה וולדינג

רובוטים תעשייתיים מודרניים דורשים ממריצים משותפים כי הם קומפקטיים, גבוהים, ותגובה. מגנטים פועלים מפוכחים נחקרים עבור מפרקים כוננים ישיר מולוטים שיתופיים (cobots) כי הם מייצרים מומנט גבוה במהירות נמוכה ללא תיבת הילוכים, הם מבטלים הפסדים נוגדנים מכניים טמונים ברכבות (אשר יכול להיות 10–30% לשלב).במקרה של אוטומציה אירופית, החלפת יחס חשמלי מופחתת עם מנועים 37% מנועים בלחץ אוטומטי.

« hydrulic ו Pneumatic Valve טייסינג

שסתום הידראוליים Proportional מסתמכים על שלבים פיילוט לתנועה של spool. מגנטיו מגבילים Actuators מציעים רוחב פס גבוה משמעותית מאשר מנועים טורק קונבנציונלי, המאפשר תגובה מהירה יותר של שסתום ושליטה בפס מת חזק יותר. ביישום דיווח עבור מכונת דפוס הזריקה, משאבה מגנטית-טייסית-טייסית-טייסית מחוספסת את כוח הדגימה המתיישב מ-120 מ"מ ל-30 מ"מ ל- 30 מ"מ"מ"מ אפשרה את מחזור זה כדי להפחית את הלחץ באופן ישיר, תוך כדי להפחית את הלחץ באופן ישיר, תוך כדי להפחית את אותה לחץ הדם באופן ישיר, תוך כדי להפחית את אותה לחץ, תוך כדי להפחית את אותה לחץ על מנת להפחית את אותה לחץ על מנת להפחית את אותה לחץ, תוך כדי להפחית את אותה לחץ דם נמוך יותר, תוך כדי להפחית את אותה לחץ על ידי ירידה מהירה יותר, תוך כדי צמצום הלחץ באופן ישיר, תוך כדי צמצום כוח המשיכה, תוך כדי להפחית את אותה לחץ חיים מהיר יותר, תוך כדי צמצום מסתם באופן ישיר, תוך כדי צמצום שהורדת לחץ על מנת להפחית את אותה לחץ, תוך כדי צמצום שמפונקמת הלחץ באופן ישיר, תוך כדי צמצום שרידת לחץ על ידי ירידה מהירה יותר, תוך כדי צמצום שרידת לחץ

שליטה ודמיון פעיל

מבנים תעשייתיים גדולים כגון להבים טורבינות רוח, זרועות רובוטיות ומרכזי מכונאי סובלים מתרטטים כי ביצועים מדרגים ולגרום עייפות. מגנטיות, מעשים מגבילים יכולים להיות מוטבעים כמו אלמנטים לחות פעילים, יצירת כוחות נגדיים בתדרים מהדהדים. בגלל צפיפות כוח גבוהה שלהם תגובה מהירה, הם יעילים במיוחד עבור שליטה בתדר נמוך (1–500 הרץ) מחקר על מכונת עם מהירות משולבת עם ירידה של 50 אחוזים, 000 גרם ירידה במשקל, 000 צ'אט, 000, 000, 000 , 000 , 000 הילוך גבוה יותר שטף נמוך יותר , 000 , 000 , 000 הילוך גבוה ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , 000 , 000 ⁇ , 000 , 000 ⁇ , 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , 000 ⁇ ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מערכות דלק למכונות כבדות

במנועי דיזל ומימן פנימיים של הרכבים מחוץ לכביש, מד דלק מדויק חיוני להפחתת פליטות וצריכת דלק. מזרקתים מגנטיים יכול להשיג מספר אירועי זריקה מחזור עם רוחב הדופק נמוך כמו 100 מיקרו-שניות, בהשוואה ל-300-500 מיקרו-שניות עם חומרים solenoid קונבנציונליים בזריקת דלק.

אתגרים ואסטרטגיות מייגציה

עלויות חומריות וברזל

Terfenol-D מכיל אלמנטים נדירים של אדמה (terbium, dysprosium) כי הם יקרים וכפוף לשרשרת האספקה תנודתיות.בנוסף, החומר הוא מטושטש ופרון לפצח תחת לחץ רביר. Mitigation כולל שימוש בעומס טרום דחוס (בדרך כלל 10–20 MPa) כדי לשמור את המוט במצב דחוס במהלך ניתוח , עבור יישומים הדורשים עלות נמוכה יותר, הגנה מגנטית, יכול לשפר חומרים רגישים יותר.

Hysteresis ו- Thermal Drift

חומרים מגבילים מגנטיים מציגים את ההיסטריה בשל קיר דומיין pinning. Uncompensated hysteresis יכול להגביל את דיוק מיקום 1–2% של שבץ. . הזנת דיגיטלית פיצוי באמצעות מודלים מסוג Preisach או רשתות עצביות יכול להפחית היסטריה ל 0.1%.הסחף הrmal הוא אתגר נוסף כי coefficient של התרחבות תרמית של המוטסריבי עשוי להיות שונה מן הדיור של חיישנים יציבים וקבועים עבור רמת דיוק גבוהה.

ההפסדים הנוכחיים של אדי בתדירות גבוהה

בתדרים התפעוליים מעל כמה kHz, זרמי דידי המושרה במוט מגנטית גורם חימום התנגדות ולהפחית את היעילות.לממוניזציה לתוך סדינים דקים (0.1-0.5 מ"מ עבה) או באמצעות חומרים מורכבים אבקה יכול לדכא זרמי דפדרציה. Metglas מבוסס טרנסducators, עם המבנה amorphous שלהם ו התנגדות חשמלית גבוהה, במיוחד מתאימים עבור יישומים גבוהים (boa) והם משמשים יותר ויותר ציוד על פני השטח.

מגמות ואינטגרציה עתידיות

חומרים חכמים ו-IoT-Enable Actuators

ההתכנסות של טכנולוגיה מגנטית מגבילה עם חיישנים משובצים ותקשורת אלחוטית מאפשרת לפעילים "חכמים" שיכולים לאבחן את עצמם ולדווח על ללבוש, טמפרטורה, ומדבירי ביצועים.לדוגמה, פועל מגנטי מגביל עם חיישן משולב של הול-אפקט מדידה מתח וילהרי יכול לפקח על העומס שלו ללא מאמץ חיצוני.

המונחים: different Effects

כדי להתגבר על הגבלת שבץ של חומרים מגנטיים טהורים (< 0.2% זנים), החוקרים משלבים שלבים מגנטיים ו ⁇ אלקטריים בתצורה סדרה.השלב הפונטי מספק התאמה בסדר (רזולוציה של הרמטר), בעוד שלב מגנטי מגביל מטפל בתנועות קורקאז וכוח גבוה.זה פועלים היברידיים אלה יכולים להשיג שבץ מ"מ עם דיוק תת-מטר, פתיחת יישומים במיקרוסקופיות וחשמליות עבור בקרת איכות אטומית.

ייצור תוספתי ו-New Alloys

הדפסה 3D של חומרים מגנטיים הוא שדה מתפתח.כתיבה ישירה של אבקת טרנפול-D ו Galfenol קשורה עם מטבוליות פולימר מאפשר עבור ג'מmetries מורכבים כי אופטימיזציה נתיבי שפעת מגנטיים וציות מכני. מוטות בצורת Custom-F עם ערוצי קירור פנימיים יכול להיות מוטבע כדי לנהל חום ביישומים עתירי גבוה.

אנרגיה מאנרגיה תעשייתית

אפקט וילהרי הפוך ניתן לרתום לא רק עבור רגישה, אלא גם עבור קצירת אנרגיה. על ידי הפיכה אלמנט מגנטי מגבילה ל סליל איסוף, רטט ממכונות תעשייתי יכול להיות מומר כוח חשמלי כדי להפעיל חיישנים אלחוטיים או מתאמנים קטנים.זה אטרקטיבי במיוחד עבור ניטור של ציוד רוטט בסביבה מסוכנת שבו סוללות הם לא טיפוסיים.

מסקנה

טרנספורמטיביים מגנטיים מציעים דרך משכנעת לשיפור יעילות התפעולית במכונות תעשייתיות באמצעות השילוב הייחודי של דיוק גבוה, תגובה מהירה, צפיפות כוח גבוהה, עמידות מצב מוצק.מפחתת צריכת האנרגיה במפרקים רובוטיים ושסתום הידראולי כדי לאפשר למקם את המיקומים תת-מיקרוניים יותר בכלים מכונה, מכשירים אלה מוכיחים את הערך שלהם על פני מגזרים מגוונים, למרות שעדיין נמצאים עלות חומרית, היפנוזה, והתקדמות מדעית מתקדמת יותר ויותר, כמו גם אלגוריתמית גבוהה יותר ויותר, כמו גם אלגוריתמים של ייצור תעשייתית, כמו גם אלגוריתמים של חומרים מתקדמים יותר ויותר, כמו גם אלגוריתמים של חומרים מתקדמים יותר ויותר, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים של חומרים מגנטיים מתקדמים יותר ויותר, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים תעשייתיים מתקדמים יותר ויותר, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים מתקדמים יותר ויותר, ניהול חומרים מתקדמים יותר ויותר, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, ניהול חומרים מתקדמים יותר ויותר, כמו גם

(ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]], [ה], [ה]], [ה]], [ה]][ה]]]]], [ה'[ה]]'[ה']'[ה']'[ה'[ה']']'[ה']'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה'