Lineaarimoottorit yleistyvät. Ne antavat koneille ehdottoman korkeimman tarkkuuden ja dynaamisen suorituskyvyn.

Lineaarimoottorit ovat erittäin nopeita ja tarkkoja paikoitusta varten, mutta ne kykenevät myös hitaalle, tasaiselle liikenopeudelle koneenpäille ja liukuoille sekä työkalujen ja osien käsittelyjärjestelmille. Useissa sovelluksissa - laserkirurgiassa, näkötarkastuksessa sekä pullojen ja matkatavaroiden käsittelyssä - käytetään lineaarimoottoreita, koska ne ovat erittäin luotettavia, vaativat vähän huoltoa ja parantavat tuotantosyklejä.

Suurempi nopeus ja voima

Lineaarimoottorit on kytketty suoraan kuormitukseensa, mikä eliminoi joukon kytkinkomponentteja - mekaaniset kytkimet, hihnapyörät, jakohihnat, kuularuuvit, ketjukäytöt sekä hammastanko ja hammaspyörät muutamia mainitakseni. Tämä puolestaan ​​vähentää kustannuksia ja jopa vastareaktiota. Lineaarimoottorit mahdollistavat myös tasaisen liikkeen, satojen miljoonien syklien tarkan paikantamisen ja suuremmat nopeudet.

Lineaarimoottoreilla saavutettavat tyypilliset nopeudet vaihtelevat: Poimi ja aseta koneet (jotka tekevät paljon lyhyitä liikkeitä) ja tarkastuslaitteiden käyttölineaariset stepperitnopeuksilla 60 tuumaa/s; lentävät leikkaussovellukset ja poiminta ja sijoittaa koneita, jotka tekevät pidempään liikenteeseenhampaaton harjatonlineaarimoottorit nopeuksille 200 tuumaa sekunnissa; vuoristoradat, ajoneuvojen kantoraketit ja ihmisten liikkujat käyttävät lineaaristaac induktiomoottorit saavuttamaan nopeudet 2000 tuumaan sekunnissa.

Toinen tekijä, joka määrittää, mikä lineaarimoottoritekniikka on paras: Sovelluskuorman siirtämiseen tarvittava voima. Kuorma tai massa yhdessä sovelluksen kiihtyvyysprofiilin kanssa määräävät viime kädessä tämän voiman.

Jokainen sovellus asettaa erilaisia ​​haasteita; kuitenkin yleensä osansiirtojärjestelmissä käytetään lineaarisia askelia, joiden voimat ovat 220 N tai 50 lb; puolijohde-, laserleikkaus-, vesisuihkuleikkaus- ja robotiikassa käytetään harjattomia hammastamattomia moottoreita 2500 N:iin asti; kuljetinjärjestelmät käyttävät lineaarisia AC-oikosulkumoottoreita 2200 N:iin; ja siirtolinja- ja työstökoneet käyttävät rautaytimistä harjattomia moottoreita 14 000 N:iin asti. Muista, että jokainen sovellus on erilainen ja valmistajan sovellusinsinöörit tarjoavat yleensä apua tässä määrittelyvaiheessa.

Muitakin tekijöitä kuin nopeus ja voima ovat olemassa. Esimerkiksi kuljetinjärjestelmissä käytetään lineaarisia AC-oikosulkumoottoreita niiden pitkän matkan ja passiivisen toisioyksikön ilman kestomagneetteja eduista johtuen. Sovellukset, kuten lasersilmäleikkaus ja puolijohdevalmistus, käyttävät harjatonta hammastusta tarkkuuden ja kulkusuunnan takaamiseksi.

Peruskäyttö

Lineaarimoottorit toimivat kahden sähkömagneettivoiman vuorovaikutuksen kautta – sama perusvuorovaikutus, joka tuottaa vääntömomentin pyörivässä moottorissa.

Kuvittele, että leikkaat pyörivän moottorin ja sitten litistät sen: Tämä antaa karkean kuvan lineaarimoottorin geometriasta. Sen sijaan, että kuorma kytkettäisiin pyörivään akseliin vääntömomentin saamiseksi, kuorma yhdistetään tasaiseen liikkuvaan koriin lineaarista liikettä ja voimaa varten. Lyhyesti sanottuna vääntömomentti on pyörivän moottorin työn ilmaus, kun taas voima on lineaarisen moottorin työn ilmaus.

Tarkkuus

Tarkastellaan ensin perinteistä pyörivää porrasjärjestelmää: yhdistettynä kuularuuviin, jonka nousu on 5 kierrosta tuumaa kohti, tarkkuus on noin 0,004 - 0,008 tuumaa tai 0,1 - 0,2 mm. Servomoottorilla toimivan pyörivän järjestelmän tarkkuus on 0,001 - 0,0001 tuumaa.

Sitä vastoin suoraan kuormaansa kytketty lineaarimoottori antaa tarkkuuden 0,0007 - 0,000008 tuumaa. Huomaa, että kytkin ja kuularuuvin välys eivät sisälly näihin kuviin, ja ne heikentävät edelleen pyörivien järjestelmien tarkkuutta.

Suhteellinen tarkkuus vaihtelee: Tässä yksityiskohtaisesti esittämämme tyypillinen pyörivä stepper voi silti sijoittaa tarkasti hiuksen halkaisijan sisälle. Servot kuitenkin parantavat tätä jopa 80-kertaisesti, kun taas lineaarimoottori voi parantaa tätä edelleen - 500 kertaa pienempään kuin ihmisen hiuksen halkaisija.

Joskus huolto ja kustannukset (laitteiden käyttöiän aikana) ovat tärkeämpiä näkökohtia kuin tarkkuus. Lineaarimoottorit ovat tässäkin erinomaiset: Ylläpitokustannukset pienenevät yleensä lineaarimoottoreita käytettäessä, koska kosketuksettomat osat tehostavat koneen toimintaa ja pidentävät keskimääräistä vikaväliä. Lisäksi lineaarimoottorien nollavälys eliminoi iskuja, mikä pidentää entisestään koneen käyttöikää. Muita etuja: Huoltojaksojen välistä aikaa voidaan pidentää, mikä mahdollistaa suuremman käyttövirran. Vähemmän huoltoa ja mukana olevaa henkilöstöä parantavat tulosta – voittoa – ja alentavat käyttökustannuksia laitteen käyttöiän aikana.

Hyödyt verrattuna

Sovellukset vaativat lineaarista liikettä. Jos käytetään pyörivää moottoria, mekaaninen muunnosmekanismi on välttämätön pyörivän liikkeen muuntamiseksi lineaariseksi liikkeeksi. Täällä suunnittelijat valitsevat sovellukselle sopivimman muunnosmekanismin minimoiden rajoitukset.

• Lineaarimoottori vs. hihna ja hihnapyörä:Lineaarisen liikkeen saamiseksi pyörivästä moottorista yleinen lähestymistapa on käyttää hihnaa ja hihnapyörää. Tyypillisesti työntövoimaa rajoittaa hihnan vetolujuus; nopeat käynnistykset ja pysäytykset voivat aiheuttaa hihnan venymistä ja siten resonanssia, mikä pidentää asettumisaikaa. Mekaaninen kelaus, välys ja hihnan venytys heikentävät myös toistettavuutta, tarkkuutta ja koneen suorituskykyä. Koska nopeus ja toistettavuus ovat pelin nimi servoliikkeessä, tämä ei ole paras valinta. Kun hihnapyörämalli voi saavuttaa 3 m/s, lineaarinen voi saavuttaa 10 m/s. Suoravetoiset lineaarimoottorit parantavat edelleen toistettavuutta ja tarkkuutta ilman välystä tai purkamista.
• Lineaarimoottori vs. hammastanko:Hammastanko ja hammaspyörät tarjoavat enemmän työntövoimaa ja mekaanista jäykkyyttä kuin hihna- ja hihnapyörämallit. Kuitenkin kaksisuuntainen kuluminen ajan myötä johtaa kyseenalaiseen toistettavuuteen ja epätarkkuuksiin – tämän mekanismin suuriin haitoihin. Välys estää moottorin palautetta havaitsemasta todellista kuormitusasentoa, mikä johtaa epävakauteen – ja pakottaa alhaisempaan vahvistukseen ja hitaampaan yleiseen suorituskykyyn. Sitä vastoin lineaarimoottorilla toimivat koneet ovat nopeampia ja asemoivat tarkemmin.
• Lineaarimoottori vs. kuularuuvi:Yleisin tapa muuttaa pyörivä liike lineaariseksi liikkeeksi on käyttää lyijyä tai kuularuuvia. Nämä ovat edullisia, mutta vähemmän tehokkaita: lyijyruuvit tyypillisesti 50 % tai vähemmän ja kuularuuvit noin 90 %. Suuri kitka tuottaa lämpöä ja pitkäaikainen kuluminen heikentää tarkkuutta. Matkaetäisyys on mekaanisesti rajoitettu. Lisäksi lineaarisia nopeusrajoituksia voidaan pidentää vain nostamalla sävelkorkeutta, mutta tämä heikentää sijainnin resoluutiota; liian suuri pyörimisnopeus voi myös aiheuttaa ruuvien rypistymistä, mikä aiheuttaa tärinää. Lineaarimoottorit tarjoavat pitkän, rajoittamattoman liikematkan. Kun anturi on kuormitettuna, pitkän aikavälin tarkkuus on tyypillisesti ±5 µm/300 mm.

Lineaarimoottorien perustyypit

Koska on olemassa erilaisia ​​pyöriviä moottoritekniikoita, on myös useita lineaarimoottorityyppejä: askelmoottori, harjaton ja lineaarinen vaihtovirtainduktio, mm. Huomaa, että lineaarinen tekniikka hyödyntää käyttöjä (vahvistimia) sekä asennoimia (liikeohjaimet) ja takaisinkytkentälaitteita (kuten Hall-antureita ja koodereita), joita on yleisesti saatavilla teollisuudessa.

Monet mallit hyötyvät mukautetuista lineaarimoottoreista, mutta varastomallit ovat yleensä sopivia.

Harjattomat rautasydämiset lineaarimoottoritniille on ominaista teräslaminointi magneettivuon siirtovoimassa. Tällä moottorityypillä on korkeammat voimaluokat ja se on tehokkaampi, mutta painaa kolmesta viiteen kertaa enemmän kuin vastaavan kokoiset hammasvapaat moottorit. Kiinteä levy koostuu moninapaisista vaihtuvanapaisista kestomagneeteista, jotka on kiinnitetty nikkelikylmävalssatun teräslevyn päälle. Liikkuvan voiman teräslaminaatiot reagoivat kuitenkin paikallaan olevan levyn magneettien kanssa, jotka kehittävät "houkuttelevaa" voimaa ja osoittavat pientä määrää kohoamista tai aaltoilua, kun moottori liikkuu magneettikentästä toiseen, mikä johtaa nopeuden vaihteluihin.

Nämä moottorit kehittävät suuren määrän huippuvoimaa, niillä on suurempi lämpömassa ja pitkä terminen aikavakio – joten ne sopivat suurivoimaisiin, ajoittaisiin käyttösovelluksiin, joissa siirretään erittäin raskaita kuormia, kuten siirtolinjoissa ja työstökoneissa; ne on suunniteltu rajoittamattomaan liikkumiseen, ja ne voivat sisältää useita liikkuvia levyjä, joiden liikeradat ovat limittäin.

Harjattomat hammaspyörättömät moottoriton kelakokoonpano liikkuvassa voimassa ilman teräslaminaatioita. Kela koostuu langasta, epoksista ja ei-magneettisesta tukirakenteesta. Tämä laite on painoltaan paljon kevyempi. Perusrakenne tuottaa pienemmän määrän voimaa, joten paikallaan olevaan rataan työnnetään lisämagneetteja (voiman lisäämisen apu) ja tela on U:n muotoinen magneeteilla tämän U:n molemmilla puolilla. Pakko työnnetään U:n keskelle. .

Nämä moottorit soveltuvat sovelluksiin, jotka vaativat sujuvaa toimintaa ilman magneettista jarrutusta, kuten skannaus- tai tarkastuslaitteisiin. Niiden suuremmat kiihtyvyydet ovat hyödyllisiä puolijohteiden poiminta- ja sijoittelussa, sirujen lajittelussa sekä juotteen ja liiman annostelussa. Nämä moottorit on suunniteltu rajoittamattomaan matkaan.

Lineaariset stepperitovat olleet saatavilla pitkään; liikkuva voimakone koostuu laminoiduista teräsytimistä, jotka on tarkasti uritettu hampailla, yhdestä kestomagneetista ja laminoituun ytimeen työnnetyistä keloista. (Huomaa, että kaksi kelaa johtaa kaksivaiheiseen porrastukseen.) Tämä kokoonpano on kapseloitu alumiinikoteloon.

Kiinteä levy koostuu valokemiallisesti syövytetyistä terästangon hampaista, jotka on hiottu ja nikkelöity. Tämä voidaan pinota päästä päähän rajoittamattomaan pituuteen. Moottorin mukana tulee pakotin, laakerit ja levy. Magneetin vetovoimaa käytetään laakereiden esijännityksenä; se mahdollistaa myös yksikön käytön ylösalaisin eri sovelluksissa.

AC induktiomoottoritkoostuu pakottimesta, joka on kelakokoonpano, joka koostuu teräslaminaatioista ja vaihekäämeistä. Käämit voivat olla joko yksi- tai kolmivaiheisia. Tämä mahdollistaa suoran online-ohjauksen tai ohjauksen invertterin tai vektorikäytön kautta. Kiinteä levy (kutsutaan reaktiolevyksi) koostuu yleensä ohuesta alumiini- tai kuparikerroksesta, joka on liimattu kylmävalssatun teräksen päälle.

Kun voimakela on kytkettynä, se on vuorovaikutuksessa reaktiolevyn kanssa ja liikkuu. Suuremmat nopeudet ja rajoittamattomat matkapituudet ovat tämän suunnittelun vahvuuksia; niitä käytetään materiaalinkäsittelyyn, ihmisten siirtäjiin, kuljettimiin ja liukuportteihin.

Uusia suunnittelukonsepteja

Jotkut viimeisimmistä suunnitteluparannuksista on toteutettu uudelleensuunnittelun kautta. Esimerkiksi jotkin lineaariset askelmoottorit (alun perin suunniteltu tuottamaan liikettä yhdessä tasossa) on nyt suunniteltu uudelleen tarjoamaan liikettä kahdessa tasossa - XY-liikettä varten. Tässä liikkuva pakotin koostuu kahdesta lineaarisesta askeltimesta, jotka on asennettu kohtisuoraan 90° kulmassa siten, että toinen tarjoaa X-akselin liikkeen ja toinen Y-akselin liikkeen. Useita pakottimia, joilla on päällekkäiset liikeradat, ovat myös mahdollisia.

Näissä kaksitasoisissa moottoreissa kiinteä alusta (tai levy) hyödyntää uutta komposiittirakennetta lujuuden lisäämiseksi. Myös jäykkyys on parantunut, joten taipuma pienenee 60-80 % verrattuna aikaisempiin tuotantomalleihin. Levyn tasaisuus ylittää 14 mikronia per 300 mm tarkkaa liikettä varten. Lopuksi: Koska steppereillä on luonnollinen vetovoima, tämä konsepti mahdollistaa levyn asentamisen joko etupuoli ylöspäin tai ylösalaisin, mikä tarjoaa monipuolisuutta ja joustavuutta sovelluksiin.

Toinen tekninen innovaatio – vesijäähdytys – laajentaa lineaarisen vaihtovirta-oikosulkumoottoreiden voimakapasiteettia 25 %. Tämän ominaisuuksien laajennuksen sekä rajoittamattoman matkan pituuden ansiosta vaihtovirta-oikosulkumoottorit tarjoavat parhaan suorituskyvyn moniin sovelluksiin: huviajeluihin, matkatavaroiden käsittelyyn ja ihmisten kuljettamiseen. Nopeus on säädettävissä (6 - 2 000 tuumaa/s) teollisuudessa tällä hetkellä saatavilla olevien säädettävien nopeuskäyttöjen avulla.

Vielä eräässä moottorissa on kiinteä sylinterimäinen kotelo, jossa on lineaarinen liikkuva osa liikkeen aikaansaamiseksi. Liikkuva osa voi olla kuparilla päällystetystä teräksestä koostuva tanko, liikkuva kela tai liikkuva magneetti, kuten mäntä sylinterissä.

Nämä mallit tarjoavat lineaarimoottorin edut ja toimivat samalla tavalla kuin lineaaritoimilaite. Sovelluksia ovat biolääketieteelliset kolonoskopiat, pitkällä suljintoimilaitteilla varustetut kamerat, tärinänvaimennusta vaativat teleskoopit, litografiatarkennusmoottorit, generaattorin kytkinvaihteet, jotka heittävät katkaisijat generaattorien kytkemiseksi verkkoon, ja ruuan puristaminen – kuten tortilloja puristettaessa.

Täydelliset lineaarimoottoripaketit tai -asteet sopivat hyötykuormien sijoitteluun. Ne koostuvat moottorista, takaisinkytkentäanturista, rajakytkimistä ja kaapelin pidikkeestä. Lavoja on mahdollista pinota moniakselista liikettä varten.

Yksi lineaariportaiden etu on niiden matalampi profiili, jonka ansiosta ne mahtuvat pienempiin tiloihin verrattuna perinteisiin asennoittimiin. Vähemmän komponentteja lisää luotettavuutta. Tässä moottori on kytketty tavallisiin asemiin. Suljetussa tilassa asentosilmukka suljetaan liikeohjaimella.

Jälleen varastotuotteiden lisäksi on runsaasti räätälöityjä ja erikoismalleja. Lopulta on parasta tarkistaa laitetarpeet sovellusinsinöörin kanssa sovelluksen tarpeisiin sopivan optimaalisen lineaarisen tuotteen määrittämiseksi.