Типичная конфигурация системы движения

Линейное движение играет центральную роль во многих движущихся машинах, а характер линейного двигателя с прямым приводом может упростить общую конструкцию машины в этих приложениях. Другие преимущества включают повышенную жесткость, поскольку линейные двигатели крепятся непосредственно к нагрузке.

Интеграция этих двигателей (и необходимых им периферийных компонентов) может показаться сложной задачей, но этот процесс можно разбить на пять простых шагов. Следуя этому пошаговому процессу, производители машин и роботов смогут воспользоваться преимуществами линейных двигателей без дополнительных усилий и сложностей.

1. Определите тип двигателя: железный сердечник или безжелезный.

Первым шагом является выбор линейного двигателя из доступных типов.

Двигатели с железным сердечником. Двигатели с железным сердечником наиболее распространены и подходят для общих задач автоматизации. Железный сердечник относится к конструкции катушки этого двигателя, которая состоит из пластин железного сердечника. Типичная конфигурация состоит из односторонней неподвижной магнитной дорожки и движущейся катушки двигателя или форсирующего устройства. Железный сердечник максимизирует создаваемую силу тяги и создает силу магнитного притяжения между катушкой и магнитами.

Эту силу магнитного притяжения можно использовать для эффективного увеличения жесткости системы линейного управления путем предварительной нагрузки на подшипники линейного перемещения. Магнитная предварительная нагрузка также может улучшить частотную характеристику системы за счет улучшения замедления и стабилизации.

С другой стороны, сила притяжения должна надлежащим образом поддерживаться за счет повышенной несущей способности опорных элементов и линейных подшипников. Это может ограничить свободу механического проектирования машины.

Вторая конфигурация линейного двигателя с железным сердечником состоит из пары неподвижных магнитных дорожек, расположенных по обе стороны от подвижной катушки. Эта запатентованная конструкция сводит на нет эффекты магнитного притяжения, обеспечивая при этом максимальную силу на площадь поперечного сечения. Сбалансированная конструкция снижает нагрузку на подшипник, позволяя использовать подшипники линейного перемещения меньшего размера и снижая шум подшипников.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 Преимущества Двигатели без железа: Также существуют линейные двигатели без железа; в катушках этих двигателей нет железа, поэтому между элементами двигателя нет притяжения.

Наиболее распространенным типом без железа является U-канал: две магнитные дорожки соединяются, образуя канал, в котором движется катушка двигателя (или форсунка). Этот двигатель идеально подходит для применений, требующих низкой пульсации скорости и высокого ускорения. Нулевая сила притяжения и нулевой зубец конструкции без гайки сводят к минимуму пульсации крутящего момента; ускорение увеличивается, поскольку катушка относительно легкая.

Вторая безжелезная конфигурация имеет форму цилиндра. Магниты расположены внутри трубки из нержавеющей стали, а катушка двигателя движется вокруг цилиндра. Эта конфигурация подходит при замене ШВП, поскольку обеспечивает гораздо более высокие скорости и точность позиционирования примерно в том же диапазоне.

Размер катушки и длина дорожки

Независимо от конфигурации, размеры всех катушек линейного двигателя должны соответствовать требованиям применения: приложенной нагрузке, целевому профилю перемещения, рабочему циклу, точности, сроку службы и рабочей среде. Совет: заручитесь технической поддержкой производителей линейных двигателей и программным обеспечением для определения параметров (которое часто бесплатно), чтобы выбрать лучший тип и размер двигателя для конкретного применения.

Секции магнитных направляющих предлагаются различной длины и могут быть сложены встык для достижения заданной длины хода, при этом общая длина магнитов практически безгранична. Чтобы упростить конструкцию и снизить затраты, лучше всего использовать секции магнитных направляющих самой длинной длины, доступные от производителя.

2. Определитесь с кодировщиком

Вторым шагом при проектировании системы линейного двигателя является выбор линейного энкодера. Наиболее распространенными являются инкрементальные линейные энкодеры с оптическими или магнитными датчиками считывающей головки. Выберите энкодер с необходимым разрешением и точностью для применения, а также тот, который подходит для условий эксплуатации машины.

Обратная связь энкодера обычно передается обратно на сервоусилитель либо через синусоидальную аналоговую, либо через последовательность цифровых импульсов. Другой вариант — высокоскоростная обратная связь с последовательным энкодером, обеспечивающая более высокую скорость передачи данных, более высокое битовое разрешение, большую помехоустойчивость, большую длину кабеля и полную информацию о тревогах.

Последовательные коммуникации подключаются двумя способами.

Прямая связь между усилителем и энкодером возможна с помощью энкодеров, поддерживающих протокол последовательного энкодера, совместимый с усилителем.

Если у энкодера нет последовательного выхода (или если протокол последовательного вывода несовместим с усилителем), можно использовать модуль последовательного преобразователя. В этом случае модуль принимает аналоговый сигнал от энкодера вместе с сигналом датчика Холла, разделяет аналоговый сигнал и последовательно передает данные этого сигнала на сервоусилитель. Данные датчика Холла используются при включении питания и для проверки обратной связи энкодера.

Некоторые производители линейных энкодеров теперь предлагают абсолютные линейные энкодеры, поддерживающие различные протоколы последовательной связи, включая собственные протоколы сторонних производителей усилителей.

3. Выберите усилитель

Третий шаг в процессе проектирования — выбор сервоусилителя. Усилитель должен быть правильно подобран в зависимости от двигателя.

Plug and play — это функция, которую могут предложить только поставщики, производящие как серводвигатели, так и усилители. Некоторые поставщики предоставляют возможность подключения по принципу «включай и работай», чтобы сократить время запуска и обеспечить правильную настройку.

Некоторые сервоусилители имеют автоматическое распознавание двигателя и режим без настройки, что исключает необходимость настройки сервосистемы. С помощью этого программного обеспечения характеристики двигателя (включая характеристики перегрузки) автоматически загружаются в сервоусилитель с двигателя при включении питания. Это исключает потенциальную ошибку пользователя при вводе характеристик двигателя, практически исключая риск выхода двигателя из-под контроля и ошибок фазировки.

4. Выберите опоры и подшипники.

Два заключительных этапа проектирования идут рука об руку, завершая проектирование системы линейного двигателя: четвертый этап — выбор системы подшипников линейного перемещения, а пятый — проектирование опорных элементов.

В большинстве сборок линейных двигателей есть два важных параметра: расстояние между двигателем и магнитом, между катушкой и дорожкой магнита и расстояние между считывающей головкой энкодера и линейной шкалой. Последний критерий исключается при выборе закрытого линейного энкодера.

Советы:

Подшипники линейного перемещения должны обеспечивать достаточную точность, чтобы соответствовать допускам на зазоры, в то время как опорные элементы должны быть спроектированы так, чтобы правильно располагать компоненты и соответствовать требованиям параллельности линейных подшипников и энкодера.

Как только эти критерии будут выполнены, выбор и конструкция подшипников и опорных элементов в конечном итоге будут зависеть от требований к производительности машины. Приложения, требующие высокой точности и точности, требуют энкодера с высоким разрешением и высокой точностью, а также высокоточных линейных подшипников.

При выборе размера этих подшипников учитывайте полезную нагрузку и силы магнитного притяжения, связанные с линейными двигателями с железным сердечником. Во многих случаях опорные элементы линейных подшипников и магнитных дорожек могут быть неотъемлемой частью рамы машины.