Линейный двигатель можно рассматривать как вращающийся серводвигатель, развернутый и уложенный горизонтально для создания принципиально линейного движения. Традиционный линейный привод представляет собой механический элемент, который преобразует вращательное движение поворотного серводвигателя в прямолинейное движение. Оба они предлагают линейное движение, но с очень разными характеристиками производительности и компромиссами. Не существует лучшей или худшей технологии — выбор того, какую использовать, зависит от приложения. Давайте посмотрим поближе.

Эмпирическое правило для линейных двигателей заключается в том, что они отлично подходят для задач, требующих высокого ускорения, высоких скоростей или высокой точности. Например, в метрологии полупроводников, где разрешение и пропускная способность имеют решающее значение и даже час простоя может стоить десятки тысяч долларов, линейные двигатели являются идеальным решением. А как насчет менее требовательной ситуации?

Первой проблемой линейных двигателей была конкурентоспособность затрат. Для линейных двигателей требуются редкоземельные магниты, которые являются одним из ограничивающих факторов длины хода. Конечно, теоретически магниты можно располагать практически бесконечно, но на самом деле, помимо проблемы обеспечения достаточной жесткости на большой длине хода, растут затраты, особенно для конструкций с U-образным каналом.

Двигатели с железным сердечником могут генерировать ту же силу, используя меньшие магниты, чем эквивалентная конструкция без железа, поэтому, если основным требованием является мускулатура, а характеристики производительности достаточно смягчены, чтобы выдерживать некоторые возмущения зубцовой силы, приводящие к ошибкам динамического положения или скорости, железный сердечник может быть лучшим подходом. Если требования к производительности еще меньше, порядка микронов, а не нанометров, возможно, комбинация линейных приводов обеспечивает наиболее подходящий компромисс — выберите линейный привод, скажем, для упаковки лекарств, но линейный двигатель для секвенирования ДНК при открытии лекарств.

Продолжительность путешествия
Хотя существует множество исключений, оптимальная длина хода для линейных двигателей составляет от пары миллиметров до нескольких метров. При более низком уровне альтернатива, такая как изгиб, может быть более эффективной; выше, ременные передачи, а затем реечные конструкции, вероятно, будут лучшим выбором.

Длина хода линейных двигателей ограничена не только стоимостью и стабильностью монтажа, но и проблемой прокладки кабелей. Для создания движения на силовой механизм необходимо подать питание, а это означает, что силовые кабели должны проходить вместе с ним на всю длину хода. Высокогибкий кабель и соответствующие кабельные каналы стоят дорого, а тот факт, что кабели являются самой большой проблемой в управлении движением в целом, еще больше усложняет проблему.

Конечно, сама природа линейных двигателей может дать разумное решение этой проблемы. Если у нас возникнут такие опасения, мы установим форсунку на стационарную базу и переместим магнитную дорожку. Таким образом, все кабели доходят до стационарного силового агрегата. Вы получаете немного меньшее ускорение от данного двигателя, потому что вы ускоряете не катушку, а магнитную дорожку, которая тяжелее. Если бы вы делали это ради высоких G, это было бы нехорошо. Если у вас действительно нет приложения с высоким ускорением, это может быть очень хороший дизайн.

Profeta ссылается на линейные серводвигатели Aerotech с пиковыми усилиями от 28 до 900 фунтов, но и здесь фундаментальная конструкция линейных двигателей позволяет создавать уникальные решения, которые предлагают гораздо больше. У нас есть клиенты, которые возьмут наши самые большие линейные двигатели, соберут шесть из них вместе и создадут силу почти в 6000 фунтов. Вы можете разместить несколько форсеров на нескольких гусеницах, механически соединить их вместе, а затем коммутировать их все вместе, чтобы они действовали как один двигатель; или вы можете поместить несколько силовых механизмов на одну и ту же магнитную дорожку, прикрепить их к каретке, удерживающей груз, и рассматривать их как один двигатель.

Поскольку мы живем в реальном мире и невозможно точно согласовать коммутацию, за этот подход приходится платить несколько процентов за эффективность, но он все равно может дать лучшее универсальное решение для данного приложения.

лицом к лицу
С точки зрения силы, как линейные двигатели сочетаются с комбинациями роторного двигателя и линейного привода? Существует значительный компромисс по силе: мы сравниваем восьмиполюсный линейный двигатель без пазов шириной 4 дюйма с изделием с винтовым приводом шириной 4 дюйма. Наш восьмиполюсный линейный двигатель имеет пиковую силу 40 фунтов (180 Н) и постоянную силу 11 фунтов (50 Н). В этом же профиле с серводвигателем NEMA 23 и нашим изделием с винтовым приводом максимальная осевая нагрузка составляет 200 фунтов, поэтому, если вы посмотрите на это таким образом, вы увидите, по сути, 20-кратное снижение продолжительной силы.

Фактические результаты будут варьироваться в зависимости от шага винта, диаметра винта, катушек двигателя и конструкции двигателя, быстро замечает он, и ограничиваются осевыми подшипниками, поддерживающими винт. Линейный двигатель компании с железным сердечником шириной 13 дюймов может генерировать пиковую осевую силу в 1600 фунтов по сравнению с 440 фунтами, обеспечиваемыми, например, продуктом с винтовым приводом шириной 6 дюймов, но при этом выделяется значительное пространство.

Перефразируя политический лозунг, это тупое применение. Если плотность силы является основной проблемой, то актуатор, вероятно, будет лучшим выбором. Если приложение требует оперативности, например, в высокоточном приложении с высоким ускорением, таком как проверка ЖК-дисплея, компромисс между занимаемой площадью и силой для получения необходимой производительности имеет смысл.

Поддержание чистоты
Загрязнение является серьезной проблемой при управлении движением на производстве, и линейные двигатели не являются исключением. Одной из больших проблем стандартной конструкции линейного двигателя является воздействие загрязнений, таких как твердые частицы или влага. Это справедливо для «планшетных» конструкций и не представляет проблемы для конструкций с U-каналом.

Полностью запечатать раствор очень сложно. Вы не хотите находиться в среде с высокой влажностью. Если вы собираетесь использовать линейный двигатель для гидроабразивной резки, вам необходимо оказать на него положительное давление и убедиться, что он хорошо защищен, поскольку электроника линейного двигателя сразу же реагирует на срабатывание.

В случае конструкций с U-образным каналом инвертирование буквы U может свести к минимуму вероятность попадания частиц в канал, но это создает проблемы с терморегулированием, которые могут поставить под угрозу производительность в результате перемещения массы магнитной направляющей по сравнению с перемещением массы силового механизма. . Опять же, это компромисс, и снова приложение определяет использование.

Не только окружающая среда может повлиять на линейный двигатель — линейный двигатель может создавать проблемы с окружающей средой. В отличие от вращающихся конструкций, большие магниты в линейных устройствах могут нанести ущерб магниточувствительному окружению, например, в аппаратах магнитно-резонансной томографии (МРТ). Это может стать проблемой даже в более прозаических приложениях, таких как резка металла. Вы получаете эти мощные магниты, которые пытаются притянуть каждую из этих металлических стружек на магнитную дорожку, поэтому линейные двигатели не будут хорошо работать в таких приложениях без надлежащей защиты.

Об этих приложениях…
Так где же находится наилучшее применение линейных двигателей? Для начала метрология в таких областях, как производство полупроводников, светодиодов и ЖК-дисплеев. Цифровая печать больших вывесок также является растущим рынком, как и биомедицинский сектор, и даже при производстве мелких деталей наши клиенты размещают пары линейных двигателей в портальных конфигурациях для задач сборки. Вы хотите получить как можно большую пропускную способность продукта, поэтому высокое ускорение и скорость, которые можно получить от этих двигателей, являются преимуществом. В последнее время мы занимаемся производством топливных элементов; трафаретная резка - другое.