למיקום אוטומטי מדויק, חשבו על מפעילים ליניאריים מבוססי מנוע צעד.

מפעילים ליניאריים בעצם יוצרים כוח ותנועה דרך קו ישר. במערכת מכנית טיפוסית, פיר הפלט של התקן יספק תנועה ליניארית באמצעות מנוע סיבובי דרך גלגלי שיניים, רצועה וגלגלת, או רכיבים מכניים אחרים. הבעיה היא שרכיבים אלה חייבים להיות מחוברים וליישרים. גרוע מכך, הם מוסיפים למערכת אלמנטים בלאי כגון חיכוך ותגובת נגד. לצורכי מיקום עדינים יותר, חלופה יעילה וישירה יותר מגיעה ממפעילים ליניאריים מבוססי מנוע צעד.

התקנים אלה מפשטים את העיצוב של מכונה או מנגנון הדורשים מיקום ליניארי מדויק מכיוון שהם מספקים המרה סיבובית ללינארית ישירות בתוך המנוע. המפעילים מזיזים מידה נתונה של תנועה סיבובית עבור כל פולס קלט חשמלי. מה שנקרא תכונת "צעידה" זו והשימוש בבורג מוביל מדויק מספקים מיקום מדויק וניתן לחזור עליו.

יסודות מנוע צעד
כדי לראות כיצד פועלים המפעילים, כדאי להבין את היסודות של מנועי צעד. סוגים שונים של מנועי צעד כוללים רתיעה משתנה (VR), מגנט קבוע (PM) והיברידית. דיון זה מתמקד בסטפר ההיברידית, המספק מומנט גבוה ורזולוציית מיקום עדינה (צעד של 1.8 או 0.9°). במערכות מפעילים ליניאריים, היברידיות נמצאות במכשירים כגוןXYשולחנות, מנתחי דם, ציוד HVAC, רובוטים קטנים, מנגנוני בקרת שסתומים ומערכות אוטומטיות לתאורת במה.

מתחת למכסה המנוע של סטפר היברידי יושב רוטור מגנט קבוע וסטטור פלדה עטוף בסליל. אנרגיית הסליל יוצרת שדה אלקטרומגנטי עם קטבים צפון ודרום. הסטטור מוליך את השדה המגנטי, וגורם לרוטור להתיישר עם השדה. מכיוון שהאנרגה וביטול האנרגיה ברצף של פיתולי הסליל משנה את השדה המגנטי, כל פולס או צעד קלט גורמים לרוטור לנוע בהדרגה של 0.9 או 1.8 מעלות סיבוב, בהתאם לדגם ההיברידי. במפעיל ליניארי מנוע צעד, אום דיוק מושחל המוטבע ברוטור מתחבר עם בורג ההובלה (המחליף פיר קונבנציונלי).

בורג ההובלה מספק כוח ליניארי באמצעות העיקרון המכני הפשוט של המישור המשופע. דמיינו לעצמכם פיר פלדה עם רמפה או מטוס משופע כרוך סביבו. היתרון המכני או הגברת הכוח נקבעים על ידי זווית הרמפה שהיא פונקציה של קוטר הבורג, עופרת (מרחק צירי שהברגה מתקדמת בסיבוב בודד) ופסולת (מרחק צירי נמדד בין צורות הברגה סמוכות).

חוטי בורג ההובלה מתרגמים כוח סיבוב קטן ליכולת עומס גדולה, בהתאם לתלילות הרמפה (עופרת הברגה). עופרת קטנה מספקת כוח גבוה יותר אך מהירויות ליניאריות נמוכות יותר. עופרת גדולה נותנת כוח נמוך יותר אך מהירות ליניארית גבוהה יותר מאותו מקור כוח סיבובי. בעיצובים מסוימים, אום הכוח המוטבע ברוטור עשוי מברונזה בדרגת מיסבים המתאימה את עצמה לעיבוד של הברגים פנימיים. אבל ברונזה היא פשרה הנדסית בין סיכה ליציבות פיזית. חומר טוב יותר הוא תרמופלסטי משומן עם מקדם חיכוך נמוך בהרבה בממשק החוט של אום-בורג.

רצפי צעדים
תוכניות להנעת מנוע צעדים כוללות דריכה "אחד פאזי" ו"דו פאזי מופעל".

ברצף "הדלקה שלב אחד" עבור מנוע דו-פאזי פשוט, שלב 1 מציג את שלב A של הסטטור המופעל. זה נועל את הרוטור בצורה מגנטית שכן בניגוד לקטבים מושכים. הפעלת שלב A o ו-B גורמת לרוטור לנוע ב-90° בכיוון השעון (שלב 2). בשלב 3, שלב B הוא o ושלב A פועל, אך עם הקוטביות הפוכה משלב 1. הדבר גורם לסיבוב של הרוטור בעוד 90°. בשלב 4, שלב A מופעל ושלב B מופעל, כשהקוטביות הפוכה משלב 2. החזרה על רצף זה גורמת לרוטור לנוע בכיוון השעון בצעדים של 90°.

ברצף "דו-פאזי הפעלה", שני שלבי המנוע מופעלים תמיד, ורק הקוטביות של שלב אחד משתנה. זה גורם לרוטור להתיישר בין הקוטב המגנטי ה"ממוצע" לדרום המגנטי "הממוצע". מכיוון ששני השלבים מופעלים תמיד, שיטה זו מספקת 41.4% יותר מומנט מאשר דריכה "פאזה אחת".

למרבה הצער, למרות שפלסטיק עובד היטב עבור החוטים, הוא אינו יציב מספיק עבור יומני המיסבים בעיצוב השלבים ההיברידיים. הסיבה לכך היא שתחת עומס מלא מתמשך, יומני פלסטיק יכולים להתרחב פי ארבע מאשר יומני פליז. כמות זו אינה מקובלת מכיוון שתכנון המנוע מחייב את מרווח האוויר של הסטטור לרוטור של כמה אלפיות אינץ' בלבד. דרך לעקוף בעיה זו היא הזרקת חוטי פלסטיק בתוך שרוול פליז שיוכנס לתוך הרוטור המגנט הקבוע. גישה זו מגדילה את חיי המנוע ומספקת חיכוך נמוך תוך שמירה על יציבות המיסב.

מבין הסוגים השונים של מפעילי היידון, למכשירים "כלואים" יש מנגנון מובנה נגד סיבוב. תצורה זו מספקת מהלך מרבי של עד 2.5 אינץ' ומתאימה ליישומים כגון חלוקת נוזלים מדויקת, בקרת מצערת ותנועת שסתומים. סוגים אחרים שלהיידוןמפעילים ליניאריים הם ה"לא-ליניאריים" ו"הלינארים החיצוניים" אשר מתאימים ליישומים הזקוקים לאירוע מוחי ארוך יותר, כגון העברת צינורות דם על ידי רובוטים קטנים.XYמערכות תנועה ומערכות הדמיה.

גודל מפעיל
דוגמה ליישום מראה בצורה הטובה ביותר כיצד להתאים גודל של מפעיל. שקול את הפרמטרים הבאים:

כוח ליניארי הנדרש להזזת העומס = 15 פאונד (67 N)
מרחק ליניארי, מ', יש להזיז את העומס = 3 אינץ' (0.0762 מ')
זְמַן,t, נדרש להזיז את העומס בשניות = 6 שניות
מספר יעד של מחזורים = 1,000,000

ישנם ארבעה שלבים לשינוי גודל של מפעיל ליניארי מנוע צעד: 1) קבע את דירוג הכוח הראשוני של המפעיל הדרוש כדי לעמוד באורך החיים הנדרש; 2) קבע את המהירות במילימטרים/שנייה; 3) בחר את גודל מסגרת המפעיל המתאים; ו-4) קבעו רזולוציית בורג נכונה בהתבסס על דרישות הכוח.

הדרך הטובה ביותר לחזות חיים היא באמצעות בדיקת יישומים, המומלצת מאוד. טכניקה המשתמשת ב-אחוז עומס מול מספר מחזוריםעקומה משמשת כקירוב ראשון טוב. למנועי צעד אין מברשות להתבלות, והם משתמשים במיסבים כדוריים מדויקים וארוכים, כך שמרכיב הבלאי העיקרי הוא אום החשמל. לכן, מספר המחזורים שהמכשיר מחזיק מעמד ועדיין עומד במפרטי התכנון הוא פונקציה של עומס.

עיין באחוז עומס מול מספר מחזוריםתרשים כדי לקבוע את גורם הגודל הנכון עבור המפעיל שיעמוד ב-1,000,000 המחזורים. מסתבר שזה 50% - פקטור של 0.5. הכוח המדורג הראשוני, N, הנדרש כדי לעמוד בעומס לאחר 1,000,000 מחזורים הוא לפיכך 15 פאונד/0.5 = 30 פאונד או 133 N.

כעת קבע את ההספק המכני הליניארי הנדרש בוואט:

P_{ליניארי}= (N × m)/t

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

עם הנתונים האלה, השתמש ב-גודל מסגרת מפעילטבלה כדי לבחור את גודל המסגרת הנכון. כל המפעילים הליניאריים של מנוע צעד דורשים כונן כדי לשלוח פולסים למנוע. שים לב שהטבלה מפרטת את ההספק הן עבור כונן L/R (מתח קבוע) והן עבור כונן צ'ופר (זרם קבוע). אלא אם האפליקציה פועלת באמצעות סוללה (כמו במכשיר נייד), היצרנים ממליצים בחום על כונן מסוק לביצועים מקסימליים. בדוגמה זו, סקירה של מפרט כוח ההנעה של המסוק בטבלה מגלה שסדרת ה-Haydon 43000 (גודל 17 היברידית) עונה בצורה הכי קרובה לדרישת 1.7-W. בחירה זו עומדת בדרישות העומס מבלי לתכנן יתר על המידה את המערכת.

לאחר מכן, חשב מהירות לינארית (ips). זה ניתן על ידיm/tומגיע ל-3 אינץ'/6 שניות = 0.5 אייפ'ים. עם גודל מסגרת אופטימלי (גודל 17 היברידית) ומהירות ליניארית (0.5 אייפ'ים) ביד, השתמש במכשיר המתאיםכוח מול מהירות לינאריתעקומה כדי לקבוע את הרזולוציה הנכונה של בורג ההובלה של המפעיל. במקרה זה, רזולוציית בורג ההובלה הדרושה היא 0.00048 אינץ'.

נזכיר שבורג ההובלה מתקדם בהתבסס על מספר שלבי הקלט למנוע. עקומות ביצועים מתבטאות הן ב"ips" והן ב"צעדים/שנייה". כדי לאמת את בחירתך, בדוק את הכוח בקצב הצעדים הנדרש על ידי התייחסות ל-כוח מול דופקעקומה, שבה: נבחרה רזולוציה = 0.00048 אינץ'/צעד מהירות ליניארית נדרשת = 0.5 אייפ קצב צעדים נדרשים = (0.5 אייפסים)/ (0.00048 אינץ'/צעד) = 1,041 צעדים.

שרטוט 1,041 כערך ציר X (קצב דופק) ושרטוט קו מאונך מנקודה זו לעקומה מראה שערך ציר Y (כוח) הוא 30. לכן, הבחירה נכונה.