Typische Konfiguration des Bewegungssystemdesigns

Für viele bewegliche Maschinen ist die lineare Bewegung von zentraler Bedeutung, und der Direktantrieb von Linearmotoren kann das gesamte Maschinendesign in diesen Anwendungen vereinfachen. Zu den weiteren Vorteilen gehört eine verbesserte Steifigkeit, da Linearmotoren direkt an der Last befestigt werden.

Die Integration dieser Motoren (und der dafür erforderlichen Peripheriekomponenten) kann entmutigend erscheinen, aber der Prozess lässt sich in fünf einfache Schritte unterteilen. Die Befolgung dieses schrittweisen Prozesses ermöglicht es Maschinen- und Roboterbauern, die Vorteile von Linearmotoren ohne unnötigen Aufwand oder Komplexität zu nutzen.

1. Bestimmen Sie den Motortyp: Eisenkern oder eisenlos

Der erste Schritt besteht darin, den Linearmotor aus den verfügbaren Typen auszuwählen.

Motoren mit Eisenkern: Motoren mit Eisenkern sind am häufigsten und eignen sich für allgemeine Automatisierungsanwendungen. „Eisenkern“ bezieht sich auf die Spulenkonstruktion dieses Motors, die aus Eisenkernlamellen besteht. Eine typische Konfiguration besteht aus einer einseitigen stationären Magnetschiene und einer beweglichen Motorspule oder einem Antrieb. Der Eisenkern maximiert die erzeugte Schubkraft und erzeugt eine magnetische Anziehungskraft zwischen der Spule und den Magneten.

Diese magnetische Anziehungskraft kann genutzt werden, um die Steifigkeit des Linearführungssystems durch Vorspannung der Linearlager effektiv zu erhöhen. Die magnetische Vorspannung kann auch den Frequenzgang des Systems verbessern, indem sie die Verzögerung und das Einschwingen verbessert.

Andererseits muss die Anziehungskraft durch eine erhöhte Tragfähigkeit von Stützelementen und Linearlagern ausreichend unterstützt werden. Dies kann die mechanische Gestaltungsfreiheit der Maschine beeinträchtigen.

Eine zweite Linearmotorkonfiguration mit Eisenkern besteht aus einem Paar stationärer Magnetspuren, die auf beiden Seiten der beweglichen Spule angebracht sind. Diese patentierte Konstruktion negiert die Auswirkungen der magnetischen Anziehung und liefert gleichzeitig die höchste Kraft pro Querschnittsfläche. Das ausgewogene Design reduziert die Lagerbelastung, ermöglicht den Einsatz kleinerer Linearlager und verringert die Lagergeräusche.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 VorteileEisenlose Motoren: Es gibt auch eisenlose Linearmotoren; Diese Motoren haben kein Eisen in ihren Spulen, sodass zwischen den Motorteilen keine Anziehungskraft besteht.

Der gebräuchlichste eisenlose Typ ist der U-Kanal: Zwei Magnetschienen werden zu einem Kanal verbunden, in dem sich die Motorspule (oder der Forcer) bewegt. Dieser Motor ist ideal für Anwendungen, die eine geringe Geschwindigkeitswelligkeit und eine hohe Beschleunigung erfordern. Die anziehungskraftfreie und rastungsfreie Konstruktion der eisenlosen Konstruktion minimiert die Drehmomentwelligkeit; Die Beschleunigung wird erhöht, da die Spule relativ leicht ist.

Eine zweite eisenlose Konfiguration hat die Form eines Zylinders. Magnete sind in einem Edelstahlrohr gestapelt und die Motorspule bewegt sich um den Zylinder. Diese Konfiguration eignet sich beim Austausch von Kugelumlaufspindeln, da sie bei annähernd gleichem Hubraum deutlich höhere Geschwindigkeiten und Positioniergenauigkeiten ermöglicht.

Spulengröße und Spurlänge

Unabhängig von der Konfiguration sollten alle Linearmotorspulen entsprechend den Anwendungsanforderungen dimensioniert werden: aufgebrachte Last, Zielbewegungsprofil, Arbeitszyklus, Genauigkeit, Präzision, Lebensdauer und Betriebsumgebung. Tipp: Nehmen Sie technischen Support von Linearmotorherstellern und Auslegungssoftware (oft kostenlos) in Anspruch, um den besten Motortyp und die beste Motorgröße für eine bestimmte Anwendung auszuwählen.

Magnetschienenabschnitte werden in verschiedenen Längen angeboten und können Ende an Ende gestapelt werden, um die gewünschte Verfahrlänge zu erreichen, wobei die Gesamtlänge des Magneten praktisch unbegrenzt ist. Um das Design zu vereinfachen und die Kosten zu senken, ist es am besten, die Magnetschienenabschnitte mit der längsten Länge zu verwenden, die vom Hersteller erhältlich sind.

2. Entscheiden Sie sich für einen Encoder

Der zweite Schritt beim Entwurf eines Linearmotorsystems ist die Auswahl des Linearencoders. Am gebräuchlichsten sind inkrementelle Linearencoder mit optischen oder magnetischen Lesekopfsensoren. Wählen Sie einen Encoder mit der erforderlichen Auflösung und Genauigkeit für die Anwendung und einen, der für die Maschinenumgebung geeignet ist.

Die Rückmeldung des Encoders wird typischerweise über eine sinusförmige analoge oder digitale Impulsfolge an den Servoverstärker zurückgesendet. Eine weitere Option ist die serielle Hochgeschwindigkeits-Encoder-Rückmeldung – sie bietet höhere Datenraten, eine höhere Bitauflösung, größere Störfestigkeit, längere Kabellängen und umfassende Alarminformationen.

Serielle Kommunikation verbindet sich auf zwei Arten.

Eine direkte Kommunikation zwischen Verstärker und Encoder ist mit Encodern möglich, die über ein mit dem Verstärker kompatibles serielles Encoderprotokoll verfügen.

Wenn ein Encoder keinen seriellen Ausgang hat (oder wenn das serielle Ausgangsprotokoll nicht mit dem Verstärker kompatibel ist), kann ein serielles Konvertermodul verwendet werden. In diesem Fall nimmt das Modul zusammen mit dem Hallsensorsignal ein analoges Signal vom Encoder entgegen, unterteilt das analoge Signal und überträgt diese Signaldaten seriell an den Servoverstärker. Hall-Sensordaten werden beim Einschalten und zur Überprüfung des Encoder-Feedbacks verwendet.

Mehrere Hersteller von linearen Encodern bieten mittlerweile absolute lineare Encoder an, die eine Vielzahl serieller Kommunikationsprotokolle unterstützen, darunter auch proprietäre Protokolle von Verstärkerherstellern Dritter.

3. Wählen Sie den Verstärker aus

Der dritte Schritt im Designprozess ist die Auswahl des Servoverstärkers. Der Verstärker muss entsprechend dem Motor richtig dimensioniert sein.

Plug-and-Play ist eine Funktion, die nur von Anbietern angeboten werden kann, die sowohl Servomotoren als auch Verstärker herstellen. Einige Anbieter bieten Plug-and-Play an, um die Startzeit zu verkürzen und eine ordnungsgemäße Konfiguration sicherzustellen.

Einige Servoverstärker verfügen über eine automatische Motorerkennung und einen Tuning-less-Modus, wodurch eine Abstimmung des Servosystems nicht mehr erforderlich ist. Mit dieser Software werden Motorspezifikationen (einschließlich Überlasteigenschaften) beim Einschalten automatisch vom Motor auf den Servoverstärker hochgeladen. Dadurch werden potenzielle Benutzerfehler bei der Eingabe von Motorspezifikationen vermieden, wodurch das Risiko von Motordurchgehen und Phasenfehlern praktisch ausgeschlossen wird.

4. Stützelemente und Lager auswählen

Die beiden letzten Entwurfsschritte gehen Hand in Hand, um den Entwurf des Linearmotorsystems zu vervollständigen: Der vierte Schritt besteht in der Auswahl eines Linearbewegungslagersystems und der fünfte darin, die Stützelemente zu entwerfen.

Bei den meisten Linearmotorbaugruppen gibt es zwei wichtige Ausrichtungen: den Spaltabstand zwischen Motor und Magnet zwischen der Spule und der Magnetspur und den Spaltabstand zwischen dem Encoder-Lesekopf und der linearen Skala. Letzteres Kriterium entfällt bei der Auswahl eines gekapselten Lineargebers.

Tipps:

Die Linearlager sollten eine ausreichende Präzision bieten, um die Spalttoleranzen einzuhalten, während die Stützelemente so konstruiert sein sollten, dass sie die Komponenten richtig beabstanden und die Parallelitätsanforderungen der Linearlager und des Encoders erfüllen.

Sind diese Kriterien erfüllt, hängt die Auswahl und Auslegung der Lager und Stützelemente letztendlich von den Leistungsanforderungen der Maschine ab. Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit und Präzision erfordern, erfordern einen Encoder mit hoher Auflösung und hoher Genauigkeit sowie hochpräzise Linearlager.

Berücksichtigen Sie bei der Dimensionierung dieser Lager die Nutzlast und die magnetischen Anziehungskräfte, die mit Linearmotoren mit Eisenkern verbunden sind. In vielen Fällen können die Stützelemente der Linearlager und Magnetbahnen integraler Bestandteil des Maschinenrahmens sein.