Động cơ truyền động thẳng: Lịch sử và Ứng dụng

Động cơ truyền động thẳng (còn gọi là động cơ tuyến tính) về bản chất là động cơ xoay chiều quay thông dụng. Tuy nhiên chúng được thiết kế để tạo nên chuyển động tịnh tiến. Động cơ truyền động thẳng đang được phát triển trong nhiều ứng dụng. Bài viết sau đây giới thiệu những đặc điểm quan trọng của loại động cơ này.

Vài nét lịch sử

Từ năm 1840 Charles Wheastone đã mô tả động cơ truyền động thẳng ở Viện Hoàng Gia London, tuy nhiên động cơ này chưa được triển khai trong thực tế. Năm 1905 Alfred
Zehden ở Frankfurt-am-Main đã mô tả động có truyền động thẳng trong truyền động tàu điện, thang máy. Năm 1935 kỹ sư Đức Hermann Kemper đã xây dựng mô hình động cơ truyền động thẳng. Mãi đến năm 1947, Eric Laithwaite, một kỹ sư điện người Anh, đã sử dụng động cơ truyền động thẳng trong hệ thống truyền động máy dệt công nghiệp. Nghiên cứu của Laithwaite đã được sự quan tâm của các nhà khoa học. Công trình này được Viện nghiên cứu Hoàng gia Anh công nhận vào những năm 60 của thế kỷ XX với tên gọi: Máy điện của tương lai.

Nguyên lý làm việc của động cơ truyền động thẳng

Nếu thực hiện trải dài động cơ quay tròn ta sẽ được động cơ truyền động thẳng (hình 1).

Nguyên lý làm việc của động cơ truyền động thẳng cũng giống như động cơ quay thông dụng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Lực Lorentz F = qv x B trong động cơ truyền động thẳng là lực đẩy tác động lên phần động theo phương tịnh tiến thay vì việc sinh ra mômen quay trong máy điện quay thông thường. Khi cho dòng điện xoay chiều vào dây quấn phần sơ cấp làm xuất hiện từ trường chạy trong khe hở giữa phần sơ và thứ cấp .Từ trường này quét qua các thanh dẫn của phần thứ cấp làm xuất hiện trong chúng sức điện động cảm ứng. Do dây quấn thứ cấp ngắn mạch nên sinh ra dòng điện ứng. Từ trường chạy tác dụng với dòng điện phần ứng sinh ra lực điện từ có xu hướng kéo phần thứ cấp chạy cùng chiều từ trường. Vì thứ cấp cố định nên tạo ra phản lực có tác dụng đẩy phần sơ cấp chạy theo chiều ngược với từ trường.

Về cấu tạo động cơ truyền động thẳng có 3 loại:

Loại stato ngắn (hình a)
Loại stator dài (hình b)
Loại stator răng lược (hình c).

Trong 3 loại trên thì loại stato ngắn được sử dụng nhiều hơn cả. Phần tĩnh (stato) không còn ý nghĩa nữa mà là phần lấy năng lượng vào là phần sơ cấp còn phần ứng là phần thứ cấp. Cuộn dây nối với nguồn điện thường được đặt trên phần sơ cấp. Động cơ truyền động thẳng đồng bộ được sử dụng khi mạch từ là nam châm vĩnh cửu. Phổ biến hơn cả là động cơ truyền động thẳng không đồng bộ.

Đặc điểm của động cơ truyền động thẳng

Động cơ truyền động thẳng ngày càng được quan tâm nhất là trong lĩnh vực truyền động tịnh tiến do có các ưu điểm sau đây:

• Động cơ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
• Không cần cơ cấu cơ khí đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến.
• Có độ tin cậy và chính xác cao, đơn giản và an toàn trong vận hành
• Có khả năng chuyển động tịnh tiến với tốc độ cao.
• Thời gian đáp ứng nhanh: tốc độ đáp ứng của thiết bị truyền động động cơ truyền động thẳng lớn hơn rất nhiều lần so với các bộ truyền cơ khí
• Ít gây ồn khi làm việc, bảo dưỡng cũng dễ dàng hơn, tuổi thọ trung bình dài hơn.

Những ứng dụng của động cơ truyền động thẳng

Hiện nay động cơ truyền động thẳng chủ yếu được sử dụng trong các cơ cấu truyền động tịnh tiến trong các phương tiện giao thông như đầu máy xe điện, tàu điện ngầm (hình 3). Có thể kể ra một số ứng dụng điển hình:

• Tàu điện nhanh sân bay JFK Newyork (2003)
• Tuyến metro 4 Quảng Châu (2005)
• Tàu điện nhanh sân bay Bắc Kinh (2008)
• Green Line Yokohama (2008)
• Đặc biệt tàu đệm từ sử dụng động cơ truyền động thẳng giữa sân bay và trung tâm Thượng Hải có tốc độ 500 km/giờ. Tàu đệm từ HSST Limo line ở Aichi Nhật bản năm 2005.
• Trong một số lĩnh vực gia công kim loại, truyền động cần trục, thang máy, máy nén, thiết bị khoan lỗ giếng dầu sử dụng động cơ truyền động thẳng.
• Trong quân sự hệ thống phóng máy bay điện từ bằng động cơ truyền động thẳng thay cho cơ cấu phóng bằng khí nén kinh điển.
• Việc điều khiển tự động máy công cụ kỹ thuật số CNC, điều khiển tay máy Robot, máy nâng hạ, điều khiển các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS… yêu cầu cao về độ chính xác vị trí, tốc độ và tác động nhanh. Động cơ truyền động thẳng trong hệ thống này có khả năng cạnh tranh với hệ thống servo.

Động cơ truyền động thẳng có giá thành còn cao hơn động cơ quay thông dụng. Tuy nhiên gần đây, giá thành đã giảm đáng kể bởi vì số lượng động cơ truyền động thẳng được chế tạo tăng nhiều. Nhiều nhà sản xuất đã đầu tư mạnh mẽ vào dây chuyền công nghệ, các trang thiết bị hiện đại cho sản xuất động cơ truyền động thẳng. Số lượng các hãng sản suất tăng lên rất nhanh trong bốn năm qua từ 4 đến 30 hãng sản xuất đã tạo ra môi trường cạnh tranh góp phần vào việc giảm giá thành của động cơ.

Các hệ truyền động dùng động cơ truyền động thẳng phát triển rất nhanh. Những cải tiến vẫn tiếp tục diễn ra trên toàn bộ dải công suất của sản phẩm.

PGS. Lê Văn Doanh- Đặng Chí Dũng- Trương Minh Tấn – Bộ môn Thiết bị điện-điện tử Trường ĐHBK – nguồn: Hiện Đại Hoá

Related Posts by Categories