Линейные двигатели переопределили возможности управления движением, обеспечив 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 механических компонентов передачи мощности. Вместо этого линейная сила, создаваемая магнитным полем катушки двигателя, напрямую связана с нагрузкой. Это устраняет необходимость в механических устройствах, преобразующих 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, быстрое время разработки и более низкие затраты на проектирование, внедрение технологии линейных двигателей становится все более популярным за счет использования модульных конструкций линейных двигателей. Они используются в метрологии, системах точной резки, оборудовании для производства полупроводников и электроники, обработке пластин, литографии, системах визуального контроля, медицинском оборудовании и приборах, испытательных системах, аэрокосмической и оборонной промышленности, автоматизации сборочных линий, печати и упаковочных приложениях и многих других приложениях, требующих высокой производительности и высокоточного линейного движения.

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

Сегодня новое поколение модульных линейных двигателей изменило правила игры. Готовые модульные линейные двигатели можно легко прикрутить к системе, и они готовы к немедленному запуску, что значительно сокращает время проектирования. Теперь инженеры могут использовать мощные преимущества технологии модульных линейных двигателей в своих проектах машин всего за несколько дней, а не за месяцы или даже годы.

Системы линейных двигателей состоят из девяти основных компонентов:

1. Опорная плита
2. Катушка двигателя
3. Постоянная магнитная дорожка (обычно неодимовые магниты)
4. Каретка, соединяющая катушку двигателя с нагрузкой
5. Линейные направляющие, по которым перемещается каретка и которые соединяются с основанием
6. Линейный энкодер для обратной связи по положению
7. Конечные остановки
8. Кабельный трек
9. Дополнительные сильфоны для защиты магнитной дорожки, 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 частей имеет решающее значение и требует значительной детализации конструкции и навыков сборки. Например, магнитная дорожка и подвижная катушка двигателя должны быть плоскими, параллельными и установлены с определенным воздушным зазором между ними. Подвижная катушка движется на каретке, соединенной с параллельными прецизионными линейными направляющими подшипника над магнитной дорожкой. Датчик положения с линейной шкалой и считывающей головкой является еще одной важной частью линейного двигателя, которая требует надлежащих процедур выравнивания и надежной конструкции крепления, чтобы выдерживать ускорения до 5 G. В модульных линейных двигателях эти детали уже учтены и предварительно спроектированы из коробки.

Модульные линейные системы двигателей, подобные показанной, используются, когда требуется точное, высокоскоростное и повторяемое линейное движение. Система является альтернативой шарико-винтовым, ременным и реечным приводам.

Для управления движением линейного двигателя используются сложные контроллеры движения и сервоприводы. Линейные двигатели обладают определенным преимуществом в отношении жесткости и частотной характеристики. В определенных диапазонах частот они демонстрируют жесткость, которая превосходит традиционные шариковые винты в 10 раз и более. Благодаря этому свойству линейные двигатели могут обрабатывать высокие полосы пропускания контура положения и скорости с впечатляющей точностью, даже при внешних возмущениях. В отличие от шариковых винтов, которые часто сталкиваются с резонансными частотами между 10 и 100 Гц, линейные двигатели работают на более высоких частотах, размещая свои резонансы далеко за пределами полосы пропускания контура положения.

Однако существует компромисс, связанный с удалением механической трансмиссии. Механические компоненты, такие как шариковые винты, помогают уменьшить помехи от сил машины, собственных резонансных частот или вибраций поперечной оси. Их устранение оставляет линейные двигатели непосредственно подверженными таким помехам. Следовательно, компенсация этих помех становится обязанностью контроллера движения и приводной электроники, которые должны решать их напрямую — воздействуя непосредственно на ось сервопривода. Вот где вступают в игру современные сложные алгоритмы движения с замкнутым контуром, чтобы устранить резонансы и обеспечить замечательное управление контуром положения.

В сфере линейных приводов линейные двигатели обеспечивают исключительное техническое мастерство. Способность двигателей демонстрировать превосходную жесткость и работать на более высоких частотах отличает их от традиционных альтернатив. Бросаясь вызов резонансным частотам и сохраняя высокую точность даже при наличии внешних помех, линейные двигатели предлагают убедительное решение.

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

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

ПРИМЕНЕНИЕ ЛИНЕЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Я приобрел ценный опыт использования линейных двигателей много лет назад, когда команда инженеров приступила к революционному проекту: создать первый в мире станок для лазерной резки на базе линейного двигателя. Использование линейных двигателей было идеальным решением для того, чтобы произвести революцию в отрасли, поскольку традиционные технологии линейных приводов, приводимые в действие поворотными серводвигателями, не могли обеспечить высокопроизводительные возможности, достижимые с помощью линейных двигателей.

Внедрение технологии было непростой задачей. По мере того, как мы углублялись в проект, мы поняли, что для нашего приложения требуются характеристики производительности линейного двигателя, которые не были доступны на рынке. Не смутившись, мы решили разработать линейные двигатели специально для нашего приложения.

Мы столкнулись с многочисленными трудностями, поскольку нам нужно было перемещать 1000-фунтовую портальную систему с высокой скоростью 2,5 м/с с ускорением 1,5 G, а это означало, что нам нужно было спроектировать линейный двигатель, который мог бы создавать экстремальные силы. Наша команда упорно трудилась, вложив бесчисленные часы в исследования и разработки, пока мы, наконец, не разработали линейный двигатель, который мог бы удовлетворить требованиям нашего станка для лазерной резки. Это был гордый момент, когда мы наконец увидели наши линейные двигатели в действии 14 месяцев спустя, приводя в движение портальную систему с невероятной скоростью, легкостью и точностью. Достигнутая производительность была беспрецедентной. Примечательно, насколько быстрее могла бы быть завершена наша концепция машины, если бы тогда были доступны готовые модульные линейные двигатели.

Технология линейных двигателей значительно развилась с тех пор, как мы начали проектировать линейные двигатели в 90-х годах. С появлением новых модульных конструкций потенциал для инноваций и прогресса в проектировании движения и линейных двигателях стал больше, чем когда-либо. Модульные линейные двигатели переопределяют то, что возможно, с более быстрыми, точными и надежными возможностями управления движением, которые можно быстро развернуть для получения выгоды от широкого спектра приложений во многих отраслях.