Типичная конфигурация конструкции системы движения

Линейное движение является центральным для многих движущихся машин, и природа прямого привода линейных двигателей может упростить общую конструкцию машины в этих приложениях. Другие преимущества включают улучшенную жесткость, поскольку линейные двигатели крепятся непосредственно к нагрузке.

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

1. Определите тип двигателя: с железным сердечником или без него.

Первый шаг — выбор линейного двигателя из имеющихся типов.

Двигатели с железным сердечником: Двигатели с железным сердечником наиболее распространены и подходят для общих автоматизированных приложений. Железный сердечник относится к конструкции катушки этого двигателя, которая состоит из пластин железного сердечника. Типичная конфигурация состоит из односторонней неподвижной магнитной дорожки и подвижной катушки двигателя или форсера. Железный сердечник максимизирует генерируемую силу тяги и создает силу магнитного притяжения между катушкой и магнитами.

Эта сила магнитного притяжения может быть использована для эффективного увеличения жесткости линейной направляющей системы путем предварительной нагрузки линейных подшипников движения. Магнитная предварительная нагрузка также может повысить частотную характеристику системы путем улучшения замедления и стабилизации.

С другой стороны, сила притяжения должна быть должным образом поддержана повышенной грузоподъемностью опорных элементов и линейных подшипников. Это может ухудшить свободу механической конструкции машины.

Вторая конфигурация линейного двигателя с железным сердечником состоит из пары неподвижных магнитных дорожек, размещенных по обе стороны подвижной катушки. Эта запатентованная конструкция нейтрализует эффекты магнитного притяжения, обеспечивая при этом максимальную силу на площадь поперечного сечения. Сбалансированная конструкция снижает нагрузку на подшипник, позволяя использовать меньшие линейные подшипники движения и уменьшая шум подшипника.

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

Наиболее распространенный тип без железа — U-образный канал: две магнитные дорожки соединены, образуя канал, в котором движется катушка двигателя (или форсер). Этот двигатель идеально подходит для применений, требующих низкой пульсации скорости и высокого ускорения. Нулевая сила притяжения и нулевая зубцовая природа конструкции без железа минимизируют пульсацию крутящего момента; ускорение увеличивается, поскольку катушка относительно легкая.

Вторая конфигурация без железа имеет форму цилиндра. Магниты уложены внутри трубки из нержавеющей стали, а катушка двигателя движется вокруг цилиндра. Эта конфигурация подходит для замены шарико-винтовых пар, поскольку она обеспечивает гораздо более высокие скорости и точность позиционирования примерно в том же диапазоне.

Размеры катушки и длина дорожки

Независимо от конфигурации, все катушки линейных двигателей должны быть рассчитаны на требования к применению: приложенная нагрузка, целевой профиль перемещения, рабочий цикл, точность, прецизионность, срок службы и рабочая среда. Совет: заручитесь технической поддержкой производителей линейных двигателей и программного обеспечения для определения размеров (которое часто бесплатно), чтобы выбрать лучший тип и размер двигателя для конкретного применения.

Секции магнитного пути предлагаются в нескольких длинах и могут быть сложены встык для достижения целевой длины хода, при этом общая длина магнита практически не ограничена. Для упрощения конструкции и снижения затрат лучше всего использовать секции магнитного пути максимальной длины, доступные у производителя.

2. Выберите кодер

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 требуемым разрешением и точностью для приложения, а также подходящий для машинной среды.

Обратная связь энкодера обычно отправляется обратно на сервоусилитель через синусоидальную аналоговую или цифровую последовательность импульсов. Другой вариант — высокоскоростная последовательная обратная связь энкодера, обеспечивающая более высокую скорость передачи данных, более высокое разрешение битов, большую помехоустойчивость, большую длину кабеля и полную информацию о тревоге.

Последовательные коммуникации подключаются двумя способами.

Прямая связь между усилителем и кодером возможна при использовании кодеров с последовательным протоколом кодера, совместимым с усилителем.

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

Несколько производителей линейных энкодеров теперь предлагают абсолютные линейные энкодеры, которые поддерживают различные протоколы последовательной связи, включая фирменные протоколы сторонних производителей усилителей.

3. Выберите усилитель

Третий шаг в процессе проектирования — выбор сервоусилителя. Усилитель должен быть правильно рассчитан на основе двигателя.

Plug and play — это функция, которую могут предложить только поставщики, которые производят как серводвигатели, так и усилители. Некоторые поставщики предоставляют plug and play для сокращения времени запуска и обеспечения правильной конфигурации.

Некоторые сервоусилители оснащены функцией автоматического распознавания двигателя и режимом без настройки, что устраняет необходимость настройки сервосистемы. С помощью этого программного обеспечения характеристики двигателя (включая характеристики перегрузки) автоматически загружаются в сервоусилитель из двигателя при включении питания. Это устраняет потенциальную ошибку пользователя при вводе характеристик двигателя, фактически исключая риск разгона двигателя и ошибок фазировки.

4. Выберите опорные элементы и подшипники.

Два последних 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 линейных двигателей есть два важных выравнивания: расстояние зазора между двигателем и магнитом между катушкой и магнитной дорожкой, а также расстояние зазора между считывающей головкой энкодера и линейной шкалой. Последний критерий устраняется при выборе закрытого линейного энкодера.

Советы:

Подшипники линейного перемещения должны обеспечивать достаточную точность для соблюдения допусков на зазоры, в то время как опорные элементы должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить надлежащее расстояние между компонентами и соответствовать требованиям параллельности линейных подшипников и энкодера.

После того, как эти критерии выполнены, выбор и конструкция подшипников и опорных элементов в конечном итоге зависят от требований к производительности машины. Приложения, требующие высокой точности и прецизионности, нуждаются в высокоточном и высокоточном энкодере, а также высокоточных линейных подшипниках.

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