Lineaarimoottorit ovat määritelleet uudelleen sen, mikä on mahdollista liikkeenohjauksessa nopeammalla, tarkemmalla ja luotettavammalla suorituskyvyllä verrattuna perinteisiin, pyörivällä moottorilla toimiviin lineaaritoimilaitteisiin. Lineaarimoottorin ainutlaatuinen ominaisuus on, että kuormaa siirretään ilman mekaanisia voimansiirtokomponentteja. Sen sijaan moottorikelan magneettikentän synnyttämä lineaarinen voima on kytketty suoraan kuormaan. Tämä eliminoi mekaaniset laitteet, jotka muuttavat pyörivän liikkeen lineaariseksi, mikä lisää järjestelmän käyttöikää, tarkkuutta, nopeutta ja yleistä suorituskykyä.

Kun kysyntä kasvaa tuottavuuden, korkeamman tuotteen laadun, nopean kehitysajan ja alhaisempien suunnittelukustannusten suhteen, lineaarimoottoriteknologian ottaminen käyttöön on yhä suositumpaa modulaaristen lineaarimoottorien suunnittelun ansiosta. Niitä löytyy metrologiassa, tarkkuusleikkausjärjestelmissä, puolijohteiden ja elektroniikan valmistuslaitteissa, kiekkojen käsittelyssä, litografiassa, näöntarkastusjärjestelmissä, lääketieteellisissä laitteissa ja laitteissa, testausjärjestelmissä, ilmailussa ja puolustuksessa, kokoonpanolinjan automaatiossa, tulostus- ja pakkaussovelluksissa ja monissa muissa sovelluksissa. jotka vaativat suurta suorituskykyä ja erittäin tarkkaa lineaarista liikettä.

Lineaarimoottorirakenteen komponentit on koneistettava ja koottava erittäin tarkoilla ja toistettavissa olevilla prosesseilla. Näiden osien oikea kohdistus on kriittinen ja vaatii merkittäviä suunnitteluyksityiskohtia ja kokoonpanotaitoja.

Nykyään uuden sukupolven modulaariset lineaarimoottorit ovat muuttaneet pelin. Avaimet käteen -periaatteella toimivat modulaariset lineaarimoottorit voidaan helposti pultata järjestelmään ja ne ovat heti käyttövalmiita, mikä vähentää merkittävästi suunnitteluaikaa. Insinöörit voivat nyt hyödyntää modulaarisen lineaarimoottoritekniikan tehokkaat edut konesuunnittelussaan muutamassa päivässä, ei kuukausissa tai jopa vuosissa.

Yhdeksän pääkomponenttia sisältävät lineaariset moottorijärjestelmät:

1. Pohjalevy
2. Moottorikela
3. Kestomagneettirata (yleensä neodyymimagneetit)
4. Vaunu, joka yhdistää moottorin kelan kuormaan
5. Lineaariset laakerikiskot, joihin vaunu ohjataan ja jotka yhdistetään alustaan
6. Lineaarinen enkooderi sijainnin takaisinkytkentään
7. Loppu pysähtyy
8. Kaapelirata
9. Valinnainen palkeet suojaamaan magneettirataa, enkooderia ja lineaarisia kiskoja ympäristön lialta.

OHJAUSSILMUKKO

Lineaarimoottorirakenteen komponentit on koneistettava ja koottava erittäin tarkoilla ja toistettavissa olevilla prosesseilla. Näiden osien oikea kohdistus on kriittinen ja vaatii merkittäviä suunnitteluyksityiskohtia ja kokoonpanotaitoja. Esimerkiksi magneettiradan ja liikkuvan moottorin kelan on oltava tasainen, yhdensuuntainen ja asennettu siten, että niiden välissä on erityinen ilmarako. Liikkuva kela kulkee vaunussa, joka on liitetty rinnakkaisiin tarkkuuslineaarisiin laakerikiskoihin magneettiradan yläpuolella. Lineaarisella asteikolla ja lukupäällä varustettu asentoanturi on toinen kriittinen osa lineaarimoottoria, joka vaatii asianmukaisia ​​kohdistusmenettelyjä ja vankkaa asennusrakennetta, joka kestää jopa 5 Gs:n kiihdytykset. Modulaarisissa lineaarimoottoreissa nämä yksityiskohdat on jo otettu huomioon ja valmiiksi suunniteltu.

Esitetyn kaltaisia ​​modulaarisia lineaarisia moottorijärjestelmiä käytetään, kun tarvitaan tarkkaa, nopeaa ja toistettavaa lineaarista liikettä. Järjestelmä on vaihtoehto kuularuuvi-, hihna- ja hammastanko- ja hammaspyörätoimilaitteille.

Lineaarimoottorin liikkeen ohjaamiseen käytetään edistyneitä liikesäätimiä ja servokäyttöjä. Lineaarimoottoreilla on selvä etu jäykkyyden ja taajuusvasteen suhteen. Tietyillä taajuusalueilla ne osoittavat jäykkyyttä, joka ylittää perinteiset kuularuuvit huomattavalla kertoimella 10 tai enemmän. Tämän ominaisuuden ansiosta lineaarimoottorit voivat käsitellä korkean aseman ja nopeussilmukan kaistanleveyksiä vaikuttavalla tarkkuudella, jopa ulkoisten häiriöiden kanssa. Toisin kuin kuularuuvit, jotka kohtaavat usein 10–100 Hz:n resonanssitaajuuksia, lineaarimoottorit toimivat korkeammilla taajuuksilla ja sijoitavat resonanssinsa selvästi paikkasilmukan kaistanleveyden ulkopuolelle.

Mekaanisen voimansiirron poistamiseen liittyy kuitenkin kompromissi. Mekaaniset komponentit, kuten kuularuuvit, auttavat vähentämään koneen voimien, luonnollisten resonanssitaajuuksien tai poikkiakselivärähtelyjen aiheuttamia häiriöitä. Niiden eliminointi jättää lineaarimoottorit suoraan alttiin tällaisille häiriöille. Näin ollen näiden häiriöiden kompensoinnista tulee liikkeenohjaimen ja käyttöelektroniikan vastuulla, joiden on puututtava niihin suoraan servoakselilla. Siellä nykypäivän kehittyneet suljetun silmukan liikealgoritmit tulevat peliin eliminoimaan resonanssit ja tarjoamaan merkittävän asemasilmukan hallinnan.

Lineaaristen toimilaitteiden alalla lineaarimoottorit tarjoavat poikkeuksellista teknistä suorituskykyä. Moottoreiden kyky osoittaa ylivoimaista jäykkyyttä ja toimia korkeammilla taajuuksilla erottaa ne perinteisistä vaihtoehdoista. Lineaarimoottorit tarjoavat vakuuttavan ratkaisun uhmaamalla resonanssitaajuuksia ja säilyttämällä korkean tarkkuuden myös ulkoisten häiriöiden yhteydessä.

Siitä huolimatta mekaanisen voimansiirron puuttuminen edellyttää vankkoja kompensointistrategioita häiriöiden torjumiseksi, mikä varmistaa järjestelmän jatkuvan suorituskyvyn ja luotettavuuden. Liikeohjaimen näytteenottotaajuudet nopeus- ja sijaintisilmukaille alkavat tyypillisesti 5 kHz:stä. Lineaarisen moottorin akselin asemasilmukan kaistanleveys voi olla 5-10 kertaa tavanomaisen pyörivän moottorikäyttöisen akselin kaistanleveys, jossa 1 tai 2 kHz taajuudet ovat hyväksyttäviä. Jotkin nykyiset liikeohjaimet voivat näytteenottotaajuuksilla olla 20 kHz tai suurempia, mikä mahdollistaa erittäin nopean takaisinkytkentäohjauksen ja erittäin tarkan polun ohjauksen.

Koska useimmat modulaaristen lineaarimoottorien valmistajat ovat myös liikkeenohjauksen ja servo-asiantuntijoita, monet ohjaussilmukan haasteet ja mekaaniset resonanssiongelmat on myös harkittu ja ratkaisuja ja työkaluja tarjotaan näiden haasteiden lieventämiseksi.

LINEAARINEN MOOTTORISOVELLUS

Sain arvokasta kokemusta lineaaristen moottoreiden käytöstä vuosia sitten, kun insinööritiimi ryhtyi vallankumoukselliseen projektiin: luoda maailman ensimmäinen lineaarimoottoriin perustuva laserleikkauskone. Lineaarimoottorien käyttö sopi täydellisesti häiritsemään alaa, koska perinteiset pyörivien servomoottorien käyttämät lineaarimoottorit eivät pystyneet tarjoamaan lineaarimoottoreilla saavutettavia korkean suorituskyvyn ominaisuuksia.

Tekniikan käyttöönotto ei ollut helppo tehtävä. Tutkiessamme projektia ymmärsimme, että sovelluksemme vaati lineaarisen moottorin suorituskykyä koskevia määrityksiä, joita ei ollut kaupallisesti saatavilla. Emme lannistuneet, mutta päätimme suunnitella lineaarimoottorit erityisesti sovelluksiimme.

Kohtasimme lukuisia haasteita, sillä meidän piti siirtää 1 000 naulan portaalijärjestelmää nopeasti 2,5 m/s 1,5 G:n kiihtyvyydellä, mikä tarkoittaa, että meidän oli suunniteltava lineaarimoottori, joka pystyi tuottamaan äärimmäisiä voimia. Tiimimme sinnitti ja käytti lukemattomia tunteja tutkimukseen ja kehitykseen, kunnes lopulta kehitimme lineaarimoottorin, joka voisi täyttää laserleikkauskoneemme vaatimukset. Oli ylpeä hetki, kun näimme vihdoin lineaarimoottorimme toiminnassa 14 kuukautta myöhemmin, ja ne liikuttivat portaalijärjestelmää uskomattoman nopeasti, helposti ja tarkasti. Saavutettu suoritus oli ennennäkemätön. On huomattavaa pohtia, kuinka paljon nopeammin konekonseptimme olisi voinut valmistua, jos avaimet käteen -periaatteella modulaarisia lineaarimoottoreita olisi silloin saatavilla.

Lineaarimoottoritekniikka on kehittynyt suuresti sen jälkeen, kun aloitimme lineaarimoottorin suunnittelumatkan 90-luvulla. Uusien modulaaristen rakenteiden käyttöönoton myötä liikesuunnittelun ja lineaarimoottorien innovaatio- ja edistysmahdollisuudet ovat suuremmat kuin koskaan. Modulaariset lineaarimoottorit määrittelevät uudelleen sen, mikä on mahdollista, nopeampien, tarkempien ja luotettavampien liikkeenohjausominaisuuksien ansiosta, jotka voidaan ottaa käyttöön nopeasti hyödyksi monenlaisia ​​sovelluksia monilla aloilla.