Линейные двигатели и приводы теперь конкурентоспособны по стоимости с шариковыми винтами и ременными приводами и предлагают явно превосходную гибкость и пропускную способность для расширенных приложений позиционирования. Новые микродвигатели и приводы помогают автоматизировать задачи, которые ранее были невозможны. Прямые линейные приводы все чаще заменяют сервоуправляемые пневматические цилиндры, обеспечивая надежность и управляемость, без стоимости, шума и обслуживания воздушных компрессоров.

Под влиянием требований полупроводниковой промышленности производители линейных двигателей постоянно повышают точность, снижают цены, разрабатывают несколько типов двигателей и упрощают интеграцию в автоматизированное оборудование. Современные линейные двигатели обеспечивают пиковое ускорение 20g и скорость 10 метров в секунду, обеспечивают непревзойденную динамическую гибкость, минимизируют техническое обслуживание и увеличивают время безотказной работы. Они вышли за рамки специализированного использования полупроводниковой промышленности, чтобы обеспечить улучшенную производительность во множестве приложений.

Технология прямого линейного привода, обеспечивающая в десять раз большую скорость и срок службы по сравнению с шарико-винтовыми передачами, часто является единственным решением для автоматизации, повышающей производительность.

ДИНАМИЧЕСКОЕ ПРЕВОСХОДСТВО

Динамические характеристики обычных позиционирующих механизмов ограничены ходовыми винтами, зубчатыми передачами, ременными передачами и гибкими муфтами, которые создают гистерезис, люфт и износ. Аналогично, пневматические приводы страдают от массы поршня и трения поршня о цилиндр, а также от сжимаемости воздуха, что создает сложность сервоуправления. Линейные двигатели и приводы избавляются от массы и инерции обычных позиционеров и, освободившись от этих фундаментальных ограничений, обеспечивают непревзойденную динамическую жесткость.

Создание силы прямого привода позволяет линейным двигателям и приводам достигать полосы пропускания замкнутого контура, недоступной с альтернативными механизмами позиционирования. Двигатель и привод способны в полной мере использовать преимущества современных контроллеров. Эти контроллеры настроены на работу с высоким коэффициентом усиления контура, достигая управления широкой полосой пропускания, быстрой стабилизации и быстрого восстановления после переходных возмущений.

Линейные двигатели и приводы отлично справляются с перемещением на миллиметровые расстояния, работая в зоне статического трения. Их малая масса и минимальное статическое трение минимизируют движущую силу, необходимую для начала движения, и упрощают задачу системы управления по предотвращению перерегулирования при остановке. Эти атрибуты позволяют двигателям и приводам с прямым приводом сканировать, например, предметные стекла микроскопа и составлять карту XY-местоположений артефактов, находящихся всего в миллиметрах друг от друга.

Приложения, требующие быстрого повторяющегося движения, могут использовать высокую пропускную способность линейного привода, чтобы удвоить пропускную способность шариковых винтов или ременных приводов. Машины, которые нарезают рулоны материала по длине (бумагу, пластик, даже подгузники), максимизируют пропускную способность, работая без остановки потока материала. Для резки на лету такие машины ускоряют режущее лезвие, чтобы синхронизироваться с потоком материала, перемещаются со скоростью материала к месту резки, а затем начинают резку. После резки лезвие возвращается в исходную точку для ожидания следующего цикла резки в оба конца.

ТИПЫ ЛИНЕЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Доступны три основные конфигурации линейных двигателей: двигатели с плоской станиной, U-образные и трубчатые. Каждый двигатель имеет свои собственные преимущества и ограничения.

Двигатели с плоским дном, предлагая неограниченный ход и самую высокую движущую силу, создают значительное и нежелательное магнитное притяжение между силой, несущей нагрузку, и постоянным магнитным треком двигателя. Эта сила притяжения требует подшипников, которые выдерживают дополнительную нагрузку.

Двигатель с U-образным каналом, с его сердечником без железа, имеет низкую инерцию, а значит максимальную маневренность. Однако магнитные катушки, несущие нагрузку, перемещаются глубоко внутри рамы с U-образным каналом, что ограничивает отвод тепла.

Трубчатые линейные двигатели прочные, термически эффективные и самые простые в установке. Они обеспечивают замену шарико-винтовых и пневматических позиционеров. Постоянные магниты трубчатого двигателя заключены в трубку из нержавеющей стали (тяговый стержень), которая поддерживается с обоих концов. Без дополнительной поддержки тягового стержня ход нагрузки ограничен 2–3 метрами в зависимости от диаметра тягового стержня.

Из всех трех типов двигателей трубчатые двигатели лучше всего подходят для массового промышленного использования. Трубчатые линейные двигатели получили существенные преимущества от фундаментальной инженерной инновации. Линейные двигатели Copley Controls заменяют традиционный внешний линейный энкодер на встроенные датчики Холла. Запатентованная магнитная цепь позволяет датчикам Холла достигать почти десятикратного улучшения разрешения и повторяемости.

Поскольку линейные энкодеры могут стоить почти столько же, сколько и сам линейный двигатель, их устранение является существенным снижением затрат. Это также упрощает интеграцию линейного двигателя в системы автоматизации, поскольку нет необходимости поддерживать и настраивать капризный энкодер. Другие преимущества включают прочность, надежность и свободу от необходимости использования энкодера в защищенных средах.

Трубчатые линейные двигатели могут быть преобразованы в мощные, универсальные линейные приводы с прямым приводом. В воплощении привода привод остается неподвижным (прикрученным к раме машины), в то время как тяговый шток позиционирования нагрузки перемещается на подшипниках с низким трением, не требующих смазки, установленных внутри привода. Помимо того, что линейный привод превосходит шариковые винты и ременные приводы, он является более производительной альтернативой программируемым сервопневматическим системам позиционирования.

Трубчатые линейные двигатели подходят для приложений, удваивающих производительность, с двумя независимыми силовыми агрегатами, работающими на одном толкающем стержне. Каждый силовой агрегат имеет свой собственный сервопривод и может перемещаться полностью независимо от другого. Например, один силовой агрегат может загружать, пока другой выгружает. Эта технология может удвоить производительность, поднимая предметы по два за раз с быстро движущегося конвейера и размещая их с точностью на втором конвейере.

Аналогично, несколько силовых агрегатов, работающих на одном тяговом стержне, могут удвоить, утроить или даже учетверить движущую силу. Силовые агрегаты могут управляться одним контроллером.

Сила, несущая нагрузку линейного двигателя, перемещается на долговечных однорельсовых подшипниках. В отличие от этого, шарико-винтовые механизмы преобразования вращательного движения в линейное включают дополнительные источники износа, которые ухудшают производительность и сокращают срок службы.

Тяговый стержень линейного привода скользит по долговечным подшипникам без смазки, установленным в силовом приводе. Эта внутренняя простота позволяет приводу обеспечивать 10 миллионов рабочих циклов. Подшипники привода являются самоустанавливающимися, что облегчает установку. Движущая сила привода прикладывается непосредственно к тяговому стержню, что улучшает ускорение и отзывчивость.

С заменой внешнего энкодера твердотельным датчиком, встроенным в усилитель, двигатели с прямым приводом и приводы становятся очень простыми двухкомпонентными устройствами. Усилитель и тяговый стержень являются по своей сути очень прочными компонентами, что позволяет двигателю и приводу соответствовать международным рейтингам IP67 по водонепроницаемости.

Отсутствие шлифовальных шестерен и жужжащего ходового винта дает линейным двигателям и приводам все более важную квалификацию работы с низким уровнем шума. OSHA следует по пятам европейских промышленных кодексов, которые устанавливают все более строгие правила по шуму на рабочем месте. Бесшумная работа уже имеет решающее значение в лабораторных и больничных условиях; эта проблема будет становиться все более распространенной, поскольку OSHA распространяет свое правило на другие производственные среды.