Линейные двигатели и приводы теперь конкурентоспособны по цене с шарико-винтовыми и ременными приводами и обеспечивают явно превосходную маневренность и пропускную способность для сложных приложений позиционирования. Новые микродвигатели и приводы помогают автоматизировать задачи, которые ранее были невыполнимы. Прямые линейные приводы все чаще заменяют пневматические цилиндры с сервоуправлением, обеспечивая надежность и управляемость, не требуя затрат, шума и обслуживания воздушных компрессоров.

Руководствуясь требованиями полупроводниковой промышленности, производители линейных двигателей постоянно повышают точность, снижают цены, разрабатывают несколько типов двигателей и упрощают интеграцию в оборудование автоматизации. Современные линейные двигатели обеспечивают пиковое ускорение 20 g и скорость 10 метров в секунду, обеспечивают непревзойденную динамическую маневренность, сводят к минимуму техническое обслуживание и увеличивают время безотказной работы. Они вышли за рамки специализированного использования в полупроводниковой промышленности и обеспечили повышенную производительность во множестве приложений.

Технология линейного прямого привода, в десять раз превышающая скорость и срок службы шариковинтовых пар, часто является единственным решением для автоматизации, повышающей производительность.

ДИНАМИЧЕСКОЕ ПРЕВОСХОДСТВО

Динамические характеристики традиционных механизмов позиционирования ограничены ходовыми винтами, зубчатыми передачами, ременными передачами и гибкими муфтами, которые вызывают гистерезис, люфт и износ. Точно так же пневматические приводы страдают от массы поршня и трения поршень-цилиндр, а также от сжимаемости воздуха, что усложняет сервоуправление. Линейные двигатели и приводы избавляются от массы и инерции обычных позиционеров и освобождаются от этих фундаментальных ограничений, обеспечивая непревзойденную динамическую жесткость.

Создание прямой движущей силы позволяет линейным двигателям и приводам достигать полосы пропускания с обратной связью, недоступной при использовании альтернативных механизмов позиционирования. Двигатель и привод способны в полной мере использовать преимущества современных контроллеров. Эти контроллеры настроены на работу с высоким усилением контура, обеспечивая широкополосное управление, быстрое установление и быстрое восстановление после переходных помех.

Линейные двигатели и приводы превосходно справляются с перемещениями на миллиметры, которые работают 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, например, сканировать предметные стекла микроскопа и наносить на карту координаты XY артефактов, разделенных всего лишь миллиметрами.

Приложения, требующие быстрых повторяющихся движений, могут использовать широкую полосу пропускания линейного привода, чтобы удвоить пропускную способность шарико-винтовой передачи или ременной передачи. Машины, нарезающие рулоны материала по длине (бумага, пластик и даже подгузники), максимизируют производительность, работая без остановки потока материала. Для резки на ходу такие машины ускоряют режущее лезвие, чтобы синхронизировать его с потоком материала, перемещаются со скоростью материала к месту резки, а затем начинают резку. После резки лезвие возвращается в исходную точку в ожидании следующего цикла резки туда и обратно.

ТИПЫ ЛИНЕЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Доступны три основные конфигурации линейных двигателей: плоские, U-образные и трубчатые. У каждого двигателя есть свои преимущества и ограничения.

Двигатели с плоской платформой, предлагая неограниченный ход и максимальную движущую силу, создают значительное и нежелательное магнитное притяжение между силовым элементом, несущим нагрузку, и дорожкой постоянного магнита двигателя. Для этой силы притяжения необходимы подшипники, способные выдержать дополнительную нагрузку.

U-образный двигатель с сердечником без железа имеет низкую инерцию и, следовательно, максимальную маневренность. Однако несущие нагрузку магнитные катушки силового агрегата перемещаются глубоко внутри U-образной рамы, ограничивая отвод тепла.

Трубчатые линейные двигатели прочны, термически эффективны и просты в установке. Они обеспечивают замену шариковых винтовых пар и пневматических позиционеров. Постоянные магниты трубчатого двигателя заключены в трубку из нержавеющей стали (упорный стержень), которая поддерживается с обоих концов. Без дополнительной опоры упорного стержня перемещение груза ограничивается 2–3 метрами, в зависимости от диаметра упорного стержня.

Из всех трех типов двигателей трубчатые двигатели лучше всего подходят для промышленного использования. Трубчатые линейные двигатели получили огромные преимущества благодаря фундаментальной инженерной инновации. Линейные двигатели Copley Controls заменяют традиционный внешний линейный энкодер встроенными датчиками Холла. Запатентованная магнитная цепь позволяет датчикам Холла добиться почти десятикратного улучшения разрешения и повторяемости.

Поскольку линейные энкодеры могут стоить почти столько же, сколько сам линейный двигатель, их устранение приведет к значительному снижению затрат. Это также упрощает интеграцию линейных двигателей в системы автоматизации, поскольку отсутствует привередливый энкодер, который нужно поддерживать и выравнивать. Другие преимущества включают прочность, надежность и отсутствие необходимости кодирования в защищенной среде.

Трубчатые линейные двигатели можно превратить в мощные и универсальные линейные приводы с прямым приводом. В исполнении с приводом силовой механизм остается неподвижным (привинченным к раме машины), в то время как упорный стержень позиционирования груза перемещается на подшипниках с низким коэффициентом трения, не требующих смазки, установленных внутри силового механизма. Помимо превосходства по производительности шарико-винтовой передачи и ременной передачи, линейный привод является более производительной альтернативой программируемым сервопневматическим системам позиционирования.

Трубчатые линейные двигатели подходят для приложений, позволяющих удвоить производительность благодаря двум независимым силам, работающим на одном упорном стержне. Каждый силовой агрегат имеет собственный сервопривод и может перемещаться полностью независимо от другого. Тогда один силовой агрегат может, например, загружать, а другой разгружать. Этот метод позволяет удвоить производительность за счет подъема двух предметов с быстро движущегося конвейера и их точного размещения на втором конвейере.

Аналогичным образом, несколько форсировщиков, работающих на одном упорном стержне, могут удвоить, утроить или даже учетверить движущую силу. Форсерами может управлять один контроллер.

Несущая нагрузку силовая установка с линейным двигателем перемещается на долговечных однорельсовых подшипниках. Напротив, механизмы преобразования шариковинтовой пары в линейную влекут за собой дополнительные источники износа, которые ухудшают производительность и сокращают срок службы.

Упорный стержень линейного привода скользит по долговечным, не требующим смазки подшипникам, установленным в силовом механизме. Эта внутренняя простота позволяет приводу выполнять 10 миллионов рабочих циклов. Подшипники привода являются самоцентрирующими, что упрощает установку. Приводная сила привода прикладывается непосредственно к тяговому стержню, что улучшает ускорение и отзывчивость.

Когда внешний энкодер заменен полупроводниковым датчиком, встроенным в преобразователь, двигатели и приводы с прямым приводом становятся очень простыми двухкомпонентными устройствами. И усилие, и упорный стержень по своей сути являются очень прочными компонентами, что позволяет двигателю и приводу соответствовать международным стандартам защиты от мойки IP67.

Отсутствие шлифовальных шестерен и жужжащего ходового винта придает линейным двигателям и приводам все более важное качество работы с низким уровнем шума. OSHA внимательно следит за европейскими промышленными кодексами, которые устанавливают все более строгие правила в отношении шума на рабочем месте. Бесшумная работа уже имеет решающее значение в лабораторных и больничных условиях; эта обеспокоенность будет становиться все более распространенной, поскольку OSHA распространяет свои правила на другие производственные среды.