Линейные двигатели обеспечивают превосходную производительность, поэтому они преуспевают в медицинском оборудовании, промышленной автоматизации, упаковке и производстве полупроводников. Более того, новые линейные двигатели решают проблемы стоимости, нагрева и сложности интеграции ранних версий. Для обзора, линейные двигатели включают катушку (первичную часть или форсер) и неподвижную платформу, иногда называемую плитой или вторичным валом. Существует множество подтипов, но два наиболее распространенных для автоматизации — это бесщеточные линейные двигатели с железным сердечником и безжелезные линейные двигатели.

Линейные двигатели, как правило, превосходят механические приводы. Они имеют неограниченную длину. Без эластичности и люфта механических установок точность и повторяемость высоки и остаются такими на протяжении всего срока службы машины. Фактически, только направляющие подшипники линейного двигателя нуждаются в обслуживании; все остальные подкомпоненты не подвержены износу.

Где линейные двигатели Ironcore превосходны
Линейные двигатели Ironcore имеют первичные катушки вокруг железного сердечника. Вторичная обмотка обычно представляет собой неподвижную магнитную дорожку. Линейные двигатели Ironcore хорошо работают в литьевых машинах, станках и прессах, поскольку они выдают высокую непрерывную силу. Одно предостережение заключается в том, что линейные двигатели Ironcore могут давать сбои, поскольку магнитное притяжение вторичной обмотки к первичной обмотке меняется по мере ее перемещения по магнитной дорожке. Здесь виновата сила фиксатора. Производители решают проблему сбоев несколькими способами, но это проблематично, когда плавные ходы являются основной целью.

Тем не менее, линейные двигатели с железным сердечником имеют множество преимуществ. Более сильная магнитная связь (между железным сердечником и магнитами статора) обеспечивает большую плотность силы. Таким образом, линейные двигатели с железным сердечником имеют более высокую выходную силу, чем сопоставимые линейные двигатели без железа. Кроме того, эти двигатели рассеивают много тепла, поскольку железный сердечник сбрасывает генерируемое катушкой тепло во время работы — уменьшая тепловое сопротивление катушки к окружающей среде лучше, чем двигатели без железа. Наконец, эти двигатели легко интегрировать, поскольку сердечник и статор непосредственно обращены друг к другу.

Линейные двигатели без сердечника для быстрых ходов
Линейные двигатели без железа не имеют железа в первичной обмотке, поэтому они легче и обеспечивают более динамичное движение. Катушки залиты в эпоксидную пластину. Большинство линейных двигателей без железа имеют U-образные дорожки, выложенные на внутренних поверхностях магнитами. Накопление тепла может ограничить тяговые силы до меньших, чем у сопоставимых двигателей с железным сердечником, но некоторые производители решают эту проблему с помощью инновационной геометрии канала и первичной обмотки.

Короткое время установления еще больше повышает динамику линейных двигателей без сердечника, позволяя им совершать быстрые и точные перемещения. Отсутствие внутренних сил притяжения между первичной и вторичной обмотками означает, что линейные двигатели без сердечника также проще в сборке, чем двигатели с железным сердечником. Кроме того, их опорные подшипники не подвержены воздействию магнитных сил, поэтому обычно служат дольше.

Обратите внимание, что линейные двигатели испытывают проблемы на вертикальных осях и в суровых условиях. Это связано с тем, что без какого-либо торможения или противовеса линейные двигатели (которые по своей сути бесконтактны) позволяют грузам падать во время отключений питания.

Кроме того, некоторые суровые условия могут создавать пыль и стружку, которые прилипают к линейным двигателям, особенно при обработке металлических деталей. Здесь линейные двигатели с железным сердечником (и их заполненная магнитом дорожка) наиболее уязвимы. Некоторые приводы включают линейные двигатели с железным сердечником или без него и пылезащитную конструкцию для работы в таких условиях. Последнее устраняет проблемы, связанные с сильфонами, которые традиционно защищают линейные оси.

Когда следует выбирать интегрированные линейные приводы
Прямой привод линейных приводов повышает производительность и динамику системы для множества промышленных приложений. Некоторые приводы на основе линейных двигателей также включают энкодеры для обратной связи по положению… чтобы сделать линейные двигатели простыми в использовании, даже по сравнению с системами на основе ремней и шарико-винтовой передачи. Некоторые из этих приводов тесно интегрируют линейный двигатель, направляющую и оптический (или магнитный) энкодер для дальнейшего повышения плотности мощности.

Энкодер в некоторых приводах устанавливается горизонтально, поэтому его положение не зависит от внешнего воздействия. Некоторые такие устройства могут работать со скоростью до 6 м/с с ускорением до 60 м/с2 при использовании входа 230 В переменного тока. Возможны модули с ходом более двух метров. Стандартные предложения обычно включают магнитный энкодер для обратной связи по положению, хотя оптические энкодеры доступны для более высокой точности. Другие варианты включают многоползунковые установки, а также полные системы XY и портальные системы.

По сравнению с традиционными шарико-винтовыми модулями, приводы на основе линейных двигателей обеспечивают лучшую точность и скорость — даже при многих условиях выходной тяги — благодаря прямому приводу. Более тесная интеграция также повышает производительность и надежность. Некоторые такие приводы включают в себя сам линейный двигатель, основание и широкую линейную направляющую, поддерживающую алюминиевый слайдер и оптическую шкалу для обратной связи по положению. Если линейный двигатель не имеет железа, он может сочетаться с алюминиевым слайдером, образуя легкую конструкцию, которая быстро ускоряется.

Некоторые компактные линейные приводы также включают в себя слайдеры со встроенными смазочными колодками для экологически чистой смазки. Здесь концы каретки оснащены герметично закрытыми инжекторами смазки для подачи смазки на дорожку качения посредством циркуляции стальных шариков. В некоторых случаях дополнительные смазочные колодки добавляют смазку для долговременной работы с меньшим обслуживанием, особенно на осях, которые делают короткие ходы.

Линейные двигатели без железа внутри некоторых приводов также не имеют зубчатого зацепления, поэтому ось может совершать стабильные движения при медленном или быстром движении. В некоторых конструкциях повторяемость с оптическим линейным энкодером составляет 2 мм. Некоторые приводы даже доступны с ходами от 152 до 1490 мм с прямолинейностью от 6 до 30 мм.

Особый пример: применение в чистых помещениях
Последний вариант, особенно подходящий для применений с коротким ходом и высокой частотой цикла, — это линейные приводы, в которых движущимися частями являются магниты и рельс. Здесь нет проблем с движущимися кабелями, вызывающими отсоединения. Также нет проблем с пыльной средой. Фактически, приводы хорошо работают в вакуумных средах и чистых помещениях. Это связано с тем, что катушки закреплены, поэтому тепло легко рассеивается на монтажных конструкциях. Некоторые такие линейные приводы выдают постоянное усилие до 94,2 или 188,3 Н и пиковое усилие до 242,1 или 484,2 Н — допуская постоянный ток 3,5, 7 или 14 А в зависимости от версии. Ходы достигают 430 мм.

Параметры для указания ступеней линейного двигателя
При выборе приводов или ступеней на основе линейных двигателей учитывайте следующие критерии для каждой части профиля движения конструкции:

• Каково известное условие движения?
• Какова масса груза, масса системы, эффективный ход, время перемещения и время выдержки?
• Каковы условия работы привода, максимальное выходное напряжение, постоянный и пиковый ток?
• Какое разрешение кодера необходимо для настройки? Должен ли он быть аналоговым или цифровым?
• В какой рабочей среде будет работать привод или этап? Какова будет температура в помещении? Будет ли машина подвергаться воздействию вакуума или условий чистой комнаты?
• Каковы требования приложения к точности движения и точности позиционирования?
• Будет ли привод или ступень линейного двигателя перемещать грузы горизонтально, вертикально или под углом? Будет ли установка крепиться к стене? Подвержена ли она ограничениям по пространству?

Ответы на эти вопросы помогут инженерам-конструкторам определить наиболее подходящую модель линейного двигателя для конкретного оборудования.