לצורך מיקום אוטומטי מדויק, חשבו מפעילים ליניאריים מבוססי צעד-מוטור.

מפעילים לינאריים מייצרים למעשה כוח ותנועה דרך קו ישר. במערכת מכנית טיפוסית, פיר הפלט של המכשיר יספק תנועה לינארית באמצעות מנוע סיבוב דרך הילוכים, חגורה וגלגלת או רכיבים מכניים אחרים. הבעיה היא, שיש לחבר וליישר רכיבים אלה. גרוע מכך, הם מוסיפים אלמנטים ללבוש כמו חיכוך והתקפה למערכת. לצרכי מיקום עדינים יותר, אלטרנטיבה יעילה יותר וישירה מגיעה ממפעילים ליניאריים מבוססי צעד-מוטור.

מכשירים אלה מפשטים את העיצוב של מכונה או מנגנון הדורש מיקום לינארי מדויק מכיוון שהם מספקים המרה סיבובית לליניארית ישירות בתוך המנוע. המפעילים מעבירים מידה נתונה של תנועה סיבובית לכל דופק קלט חשמלי. תכונה זו כביכול "דריכה" והשימוש בבורג עופרת מדויק מספק מיקום מדויק וניתן לחזור.

יסודות צעד-מנוע
כדי לראות כיצד המפעילים עובדים, מועיל להבין את היסודות של מנועי צעד. סוגים שונים של מנועי צעד כוללים רתיעה משתנה (VR), מגנט קבוע (PM) והיברידי. דיון זה מתרכז על הצעד ההיברידי, המספק מומנט גבוה ורזולוציית מיקום עדינה (צעד 1.8 או 0.9 מעלות). במערכות מפעילים לינאריים, היברידיות נמצאות במכשירים כמוXyשולחנות, מנתחי דם, ציוד HVAC, רובוטים קטנים, מנגנוני בקרת שסתומים ומערכות תאורת בימת אוטומטית.

מתחת למכסה המנוע של מדרכה היברידית יושב רוטור מגנט קבוע וסטטור פלדה עטוף בסליל מתפתל. המניעה של הסליל יוצרת שדה אלקטרומגנטי עם פולנים צפון ודרום. הסטטור מוביל את השדה המגנטי, וגורם לרוטור להתאים את עצמו עם השדה. מכיוון שמניעה ומניעה ברצף של פיתולי הסליל משנה את השדה המגנטי, כל דופק קלט או שלב גורמים לרוטור להזיז באופן מצטבר 0.9 או 1.8 מעלות סיבוב, תלוי במודל ההיברידי. במפעיל ליניארי צעד-מוטורי, אגוז מדויק מושחל משובץ ברוטור עוסק בבורך המוליך (המחליף פיר קונבנציונאלי).

בורג ההובלה מספק כוח ליניארי באמצעות העיקרון המכני הפשוט של המטוס הנוטה. דמיין פיר פלדה עם רמפה או מטוס נוטה עטוף סביבו. היתרון המכני או הגברת הכוח נקבע על ידי זווית הרמפה שהיא פונקציה של קוטר הברגה, עופרת (מרחק צירי חוט בורג מתקדם במהפכה יחידה), ומגרש (מרחק צירי שנמדד בין צורות חוט סמוכות).

חוטי הברזל המוליכים מתרגמים כוח סיבוב קטן ליכולת עומס גדולה, תלוי בתלול הרמפה (עופרת חוט). עופרת קטנה מספקת כוח גבוה יותר אך מהירויות ליניאריות נמוכות יותר. עופרת גדולה מעניקה כוח נמוך יותר אך מהירות לינארית גבוהה יותר מאותו מקור של כוח סיבוב. בחלק מהעיצובים, אגוז הכוח המוטמע ברוטור עשוי ברונזה בדרגה מיסבת שמאפשר את עצמו לעיבוד שבבי חוטים פנימיים. אבל ברונזה היא פשרה הנדסית בין סיכה ליציבות פיזית. חומר טוב יותר הוא תרמופלסטית משומנת עם מקדם חיכוך נמוך בהרבה בממשק חוט בורג האגוזים.

רצפי דריכה
תוכניות לנהיגה במנוע צעד כוללות דריכה "שלב אחד על" דריכה ו"שני שלב על ".

ברצף "שלב אחד על" עבור מנוע דו-פאזי פשוט, שלב 1 מציג שלב A של הסטטור המופעל. זה נועל את הרוטור מגנטית מכיוון שלא כמו קטבים מושכים. הפניית שלב A ו- B מופעלת לרוטור לנוע 90 ° בכיוון השעון (שלב 2). בשלב 3, שלב B הוא O ושלב A ON, אך עם הקוטביות הפוכה משלב 1. הגורם לרוטור לסובב עוד 90 מעלות. בשלב 4, שלב A מופנה O ושלב B מופעל, כאשר הקוטביות מתהפכת משלב 2. החזרה על רצף זה גורמת לרוטור לנוע בכיוון השעון במדרגות של 90 מעלות.

ברצף "שני שלב על", שני השלבים המוטוריים הם תמיד אנרגיה, ורק הקוטביות של מתגי שלב אחד. זה גורם לרוטור להתאים את עצמו בין הצפון "הממוצע" לבין הקטבים המגנטיים הדרומיים "הממוצעים". מכיוון ששני השלבים תמיד פועלים, שיטה זו מספקת מומנט של 41.4% יותר מאשר "שלב אחד על" דריכה.

לרוע המזל, למרות שהפלסטיק עובד טוב עבור החוטים, הוא אינו יציב מספיק לכתבי העת הנושאים בעיצוב צעד היברידי. הסיבה לכך היא בתנאי עומס מלא רציף, כתבי עת מפלסטיק יכולים להרחיב פי ארבעה מאשר כתבי עת לפליז. כמות זו אינה מקובלת מכיוון שהעיצוב המנוע דורש את פער האוויר הסטטור-רוטורי להיות רק כמה אלפי סנטימטר. דרך לעקוף בעיה זו היא להזריק חוטי פלסטיק בעובש בתוך שרוול פליז שיוחדר לרוטור מגנט קבוע. גישה זו מגדילה את חיי המנוע ומספקת חיכוך נמוך תוך שמירה על יציבות העיתונות הנושאת.

מבין הסוגים השונים של מפעילי היידון, מכשירים "שבויים" הם בעלי מנגנון אנטי-רוטציה מובנה. תצורה זו מספקת שבץ מרבי של עד 2.5 אינץ 'ומתאימה ליישומים כמו חלוקת נוזלים מדויקים, בקרת מצערת ותנועת שסתומים. סוגים אחרים שלהיידוןמפעילים לינאריים הם "לא קפואיים" ו"ליניאריים חיצוניים "המתאימים ליישומים הזקוקים לשבץ מוחי ארוך יותר כמו העברת צינורות דם על ידי רובוטים קטנים של גנטרי,Xyמערכות תנועה ומערכות הדמיה.

גודל מפעיל
דוגמא ליישום מראה בצורה הטובה ביותר כיצד לגודל מפעיל. שקול את הפרמטרים הבאים:

כוח ליניארי הנדרש להזיז את העומס = 15 קילוגרם (67 N)
מרחק לינארי, m, יש להזיז את העומס = 3 אינץ '(0.0762 מ')
זְמַן,t, נדרש להזיז את העומס תוך שניות = 6 שניות
מספר היעד של מחזורים = 1,000,000

ישנם ארבעה שלבים לגודל מפעיל ליניארי מוטורי צעד: 1) קבע את דירוג הכוח הראשוני של המפעיל הדרוש כדי לעמוד בחיים הנדרשים; 2) קבע מהירות במילימטרים/שנייה; 3) בחר את גודל מסגרת המפעיל המתאים; 4) לקבוע רזולוציית בורג נאותה על סמך דרישות הכוח.

הדרך הטובה ביותר לחזות את החיים היא באמצעות בדיקת יישומים, שמומלץ מאוד. טכניקה המשתמשת באחוז עומס לעומת מספר מחזוריםהעקומה משמשת כקירוב ראשון טוב. למנועי צעד אין מברשות להתחקות, והם משתמשים במיסבי כדור דיוק, אורך חיים, כך שמרכיב הבלאי העיקרי הוא אגוז הכוח. לפיכך, מספר המחזורים שהמכשיר נמשך תוך עמידה במפרט התכנון הוא פונקציה של עומס.

עיין באחוז עומס לעומת מספר מחזוריםתרשים לקביעת גורם הגודל הנכון עבור המפעיל לעמוד ב -1,000,000 המחזורים. זה מתגלה כ- 50% - גורם של 0.5. הכוח המדורג הראשוני, N, הנדרש לעמוד בעומס לאחר 1,000,000 מחזורים הוא אפוא 15 קילוגרם/0.5 = 30 קילוגרם או 133 נ '.

כעת קבעו את הכוח המכני הליניארי הנדרש בוואט:

P_{ליניארי}= (N × m)/t

בדוגמה שלנו, זה הופך (133 × 0.0762)/6 = 1.7 W

עם נתונים אלה, השתמש בגודל מסגרת מפעילטבלה לבחירת גודל המסגרת הנכון. כל המפעילים הליניאריים של צעד-מוטור דורשים כונן כדי לשלוח פולסים למנוע. שים לב שהטבלה מפרטת כוח הן לכונן L/R (מתח קבוע) והן כונן מסוק (זרם קבוע). אלא אם כן היישום מופעל על סוללה (כמו במכשיר נייד כף יד), היצרנים ממליצים בחום על כונן מסוק לביצועים מקסימליים. בדוגמה זו, סקירה של מפרט הכוח של Chopper Drive בטבלה חושפת את סדרת היידון 43000 (גודל 17 היברידית) עומדת ביותר בדרישת 1.7-W. בחירה זו עומדת בדרישות העומס מבלי לתכנן יתר על המידה את המערכת.

בשלב הבא, חשב מהירות ליניארית (IPS). זה ניתן על ידיm/tומגיע ל -3 in./6 שניות = 0.5 IPs. עם גודל מסגרת אופטימי (גודל 17 היברידי) ומהירות ליניארית (0.5 IPs) ביד, השתמשו במתאיםכוח לעומת מהירות ליניאריתעקומה כדי לקבוע את הרזולוציה הנכונה של בורר המפעיל. במקרה זה, רזולוציית הברזל ההובלה הדרושה היא 0.00048 אינץ '.

נזכיר כי בורג ההובלה מתקדם על בסיס מספר שלבי הקלט למנוע. עקומות ביצועים באה לידי ביטוי הן ב"- IPS "והן ב"צעדים/שניות". כדי לאמת את הבחירה שלך, בדוק את הכוח בקצב הצעד הנדרש על ידי התייחסות לכוח לעומת קצב הדופקעקומה, היכן: רזולוציה שנבחרה = 0.00048 in./step מהירות לינארית נדרשת = 0.5 IPs נדרש קצב שלב = (0.5 IPs)/(0.00048 in./step) = 1,041 שלבים.

עלילת 1,041 כערך ציר ה- X (קצב הדופק) וציירת קו בניצב מנקודה זו לעקומה מראה כי ערך ציר Y (כוח) הוא 30. לכן הבחירה נכונה.