Линейные двигатели переосмыслили возможности управления движением, обеспечивая более быструю, точную и надежную работу по сравнению с традиционными линейными приводами с вращающимся двигателем. Уникальное свойство линейного двигателя заключается в том, что нагрузка перемещается без компонентов механической передачи энергии. Вместо этого линейная сила, создаваемая магнитным полем катушки двигателя, напрямую связана с нагрузкой. Это устраняет необходимость в механических устройствах, которые преобразуют вращательное движение в линейное, тем самым увеличивая срок службы, точность, скорость и общую производительность системы.

По мере роста спроса на повышенную производительность, более высокое качество продукции, сокращение времени разработки и снижение затрат на проектирование, внедрение технологии линейных двигателей становится все более популярным за счет использования модульных конструкций линейных двигателей. Они используются в метрологии, прецизионных системах резки, оборудовании для производства полупроводников и электроники, обработке пластин, литографии, системах визуального контроля, медицинском оборудовании и устройствах, испытательных системах, аэрокосмической и оборонной промышленности, автоматизации сборочных линий, печати и упаковке и во многих других приложениях. которые требуют высокой производительности и высокой точности линейного перемещения.

Компоненты конструкции линейного двигателя должны быть обработаны и собраны с высокой точностью и повторяемыми процессами. Правильное выравнивание этих деталей имеет решающее значение и требует значительной детализации конструкции и навыков сборки.

Сегодня новое поколение модульных линейных двигателей изменило правила игры. Модульные линейные двигатели «под ключ» можно легко прикрепить болтами к системе и сразу же готовы к работе, что значительно сокращает время проектирования. Теперь инженеры могут использовать мощные преимущества технологии модульных линейных двигателей в своих конструкциях машин за считанные дни, а не месяцы или даже годы.

Девять основных компонентов составляют системы линейных двигателей:

1. Базовая пластина
2. Катушка двигателя
3. Постоянная магнитная дорожка (обычно неодимовые магниты)
4. Каретка, соединяющая катушку двигателя с нагрузкой
5. Линейные несущие рельсы, по которым направляется каретка и которые соединяются с основанием.
6. Линейный энкодер для обратной связи по положению
7. Конечные остановки
8. Кабельная трасса
9. Дополнительные сильфоны для защиты магнитной направляющей, энкодера и линейных направляющих от загрязнения окружающей среды.

КОНТУР УПРАВЛЕНИЯ

Компоненты конструкции линейного двигателя должны быть обработаны и собраны с высокой точностью и повторяемыми процессами. Правильное выравнивание этих деталей имеет решающее значение и требует значительной детализации конструкции и навыков сборки. Например, магнитная дорожка и движущаяся катушка двигателя должны быть плоскими, параллельными и установлены с определенным воздушным зазором между ними. Подвижная катушка перемещается на каретке, соединенной с параллельными прецизионными линейными направляющими над магнитной дорожкой. Энкодер положения с линейной шкалой и считывающей головкой — еще одна важная часть линейного двигателя, требующая правильных процедур центровки и прочной конструкции крепления, чтобы выдерживать ускорения до 5 G. В модульных линейных двигателях эти детали уже учтены и спроектированы «из коробки».

Модульные системы линейных двигателей, подобные показанной, используются, когда требуется точное, высокоскоростное и повторяемое линейное движение. Система является альтернативой шариковинтовым, ременным и реечным приводам.

Для управления движением линейного двигателя используются сложные контроллеры движения и сервоприводы. Линейные двигатели имеют определенное преимущество в отношении жесткости и частотной характеристики. В определенных диапазонах частот они демонстрируют жесткость, которая превосходит традиционные ШВП в 10 и более раз. Благодаря этому свойству линейные двигатели могут работать с широким диапазоном регулирования положения и скорости с впечатляющей точностью, даже при внешних возмущениях. В отличие от шарико-винтовых пар, резонансные частоты которых часто находятся в диапазоне от 10 до 100 Гц, линейные двигатели работают на более высоких частотах, в результате чего их резонанс выходит далеко за пределы полосы пропускания контура регулирования положения.

Однако существует компромисс, связанный с удалением механической трансмиссии. Механические компоненты, такие как шарико-винтовые передачи, помогают уменьшить помехи, вызванные машинными силами, собственными резонансными частотами или поперечными вибрациями. Их устранение делает линейные двигатели непосредственно подверженными таким сбоям. Следовательно, компенсация этих возмущений становится обязанностью контроллера движения и приводной электроники, которая должна бороться с ними в лоб, действуя непосредственно на сервоось. Именно здесь в игру вступают современные сложные алгоритмы движения с обратной связью, позволяющие устранить резонансы и обеспечить превосходное управление контуром положения.

В области линейных приводов линейные двигатели обеспечивают исключительное техническое совершенство. Способность двигателей проявлять превосходную жесткость и работать на более высоких частотах отличает их от традиционных альтернатив. Не обращая внимания на резонансные частоты и сохраняя высокую точность даже при наличии внешних помех, линейные двигатели предлагают убедительное решение.

Тем не менее, отсутствие механической трансмиссии требует надежных стратегий компенсации для противодействия помехам, обеспечивая постоянную производительность и надежность системы. Частоты дискретизации контроллера движения для контуров скорости и положения обычно начинаются с 5 кГц. Ось с линейным двигателем может иметь полосу пропускания контура положения в пять-десять раз больше, чем у обычной оси с приводом от вращающегося двигателя, где приемлемы частоты 1 или 2 кГц. Некоторые современные контроллеры движения могут поддерживать частоту дискретизации 20 кГц или выше, что обеспечивает сверхвысокоскоростное управление с обратной связью и сверхточное управление траекторией.

Поскольку большинство производителей модульных линейных двигателей также являются экспертами в области управления движением и сервоприводами, многие проблемы контура управления и проблемы механического резонанса также были хорошо продуманы, а также предоставлены решения и инструменты для смягчения этих проблем.

ПРИМЕНЕНИЕ ЛИНЕЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Я приобрел ценный опыт использования линейных двигателей несколько лет назад, когда команда инженеров приступила к революционному проекту: создать первый в мире станок для лазерной резки на базе линейного двигателя. Использование линейных двигателей идеально подходило для того, чтобы революционизировать отрасль, поскольку традиционные технологии линейных приводов с приводом от роторных серводвигателей не могли обеспечить высокую производительность, достижимую с помощью линейных двигателей.

Внедрение технологии оказалось непростой задачей. Углубившись в проект, мы поняли, что для нашего приложения требуются технические характеристики линейного двигателя, которых нет в продаже. Не испугавшись, мы решили разработать линейные двигатели специально для нашего применения.

Мы столкнулись с многочисленными проблемами: нам нужно было переместить портальную систему массой 1000 фунтов с высокой скоростью 2,5 м/сек с ускорением 1,5 G, а это означало, что нам нужно было спроектировать линейный двигатель, который мог бы создавать экстремальные силы. Наша команда упорствовала, потратив бесчисленные часы на исследования и разработки, пока, наконец, не разработала линейный двигатель, который мог бы удовлетворить требования нашего станка для лазерной резки. Это был момент гордости, когда 14 месяцев спустя мы наконец увидели наши линейные двигатели в действии, приводящие в движение портальную систему с невероятной скоростью, легкостью и точностью. Достигнутые результаты были беспрецедентными. Примечательно, насколько быстрее могла бы быть реализована наша концепция машины, если бы тогда были доступны модульные линейные двигатели «под ключ».

Технология линейных двигателей значительно изменилась с тех пор, как в 90-х годах мы начали разработку линейных двигателей. С появлением новых модульных конструкций потенциал для инноваций и прогресса в области проектирования приводов и линейных двигателей стал больше, чем когда-либо. Модульные линейные двигатели меняют представление о том, что возможно, благодаря более быстрым, точным и надежным возможностям управления движением, которые можно быстро развернуть и принести пользу широкому спектру приложений во многих отраслях.