Линейные двигатели обеспечивают превосходную производительность и поэтому преуспевают в медицинском оборудовании, промышленной автоматизации, упаковке и производстве полупроводников. Более того, новые линейные двигатели позволяют снизить стоимость, тепловыделение и сложность интеграции ранних версий. Напомним, что линейные двигатели включают в себя катушку (первичную часть или форсунку) и стационарную платформу, которую иногда называют валиком или вторичной. Подтипов имеется множество, но наиболее распространенными для автоматизации являются бесщеточные двигатели с железным сердечником и линейные двигатели без железа.

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

В чем превосходят линейные двигатели с железным сердечником
Линейные двигатели Ironcore имеют первичную обмотку вокруг железного сердечника. Вторичная обмотка обычно представляет собой стационарную магнитную дорожку. Линейные двигатели Ironcore хорошо работают в литьевых машинах, станках и прессах, поскольку они создают высокую продолжительную силу. Единственное предостережение заключается в том, что линейные двигатели с железным сердечником могут заедать, поскольку магнитное притяжение вторичной обмотки на первичной меняется по мере прохождения магнитной дорожки. Здесь виновата удерживающая сила. Производители решают проблему зубцов по-разному, но это проблематично, когда основной целью является плавность хода.

Несмотря на это, преимуществ линейного двигателя с железным сердечником предостаточно. Более сильная магнитная связь (между железным сердечником и магнитами статора) обеспечивает высокую плотность силы. Таким образом, линейные двигатели с железным сердечником имеют более высокую выходную силу, чем сопоставимые линейные двигатели без сердечника. Кроме того, эти двигатели рассеивают много тепла, поскольку железный сердечник отводит тепло, генерируемое катушкой, во время работы, что снижает тепловое сопротивление катушки к окружающей среде лучше, чем двигатели без железа. Наконец, эти двигатели легко интегрировать, поскольку силовой агрегат и статор обращены друг к другу.

Безжелезные линейные двигатели для быстрого хода
Линейные двигатели без железа не содержат железа в первичной обмотке, поэтому они легче и обеспечивают более динамичное движение. Катушки заделаны в пластину из эпоксидной смолы. Большинство безжелезных линейных двигателей имеют U-образные дорожки, покрытые магнитами на внутренних поверхностях. Нагрев может ограничить силу тяги меньшими силами, чем у сопоставимых двигателей с железным сердечником, но некоторые производители решают эту проблему с помощью инновационных каналов и первичной геометрии.

Короткое время стабилизации еще больше повышает динамику линейных двигателей без сердечника, позволяя выполнять быстрые и точные перемещения. Отсутствие собственных сил притяжения между первичной и вторичной обмотками означает, что линейные двигатели без железа также легче собирать, чем двигатели с железным сердечником. Кроме того, их опорные подшипники не подвержены воздействию магнитных сил, поэтому обычно служат дольше.

Обратите внимание, что у линейных двигателей возникают проблемы при работе по вертикальным осям и в суровых условиях. Это связано с тем, что без какого-либо торможения или противовеса линейные двигатели (которые по своей сути являются бесконтактными) позволяют нагрузкам падать во время отключения питания.

Кроме того, в некоторых суровых условиях окружающей среды могут образовываться пыль и стружка, которые прилипают к линейным двигателям, особенно при обработке металлических деталей. Здесь наиболее уязвимы линейные двигатели с железным сердечником (и их гусеницы с магнитами). Некоторые приводы оснащены линейными двигателями с железным сердечником или без сердечника и имеют пыленепроницаемую конструкцию для работы в таких условиях. Последнее устраняет проблемы, связанные с сильфонами, которые традиционно защищают линейные оси.

Когда следует выбирать интегрированные приводы с линейным двигателем
Прямой привод приводов с линейным двигателем повышает производительность и динамику системы для множества промышленных применений. Некоторые приводы на основе линейного двигателя также включают энкодеры для обратной связи по положению… чтобы сделать линейные двигатели простыми в использовании даже по сравнению с системами на основе ремней и шариковых винтов. Некоторые из этих приводов тесно интегрируют линейный двигатель, направляющую и оптический (или магнитный) энкодер для дальнейшего повышения удельной мощности.

Энкодер в некоторых приводах устанавливается горизонтально, поэтому на его положение не влияют внешние воздействия. Некоторые такие устройства могут развивать скорость до 6 м/сек с ускорением до 60 м/сек2 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 для более высокой точности доступны оптические энкодеры. Другие варианты включают в себя установки с несколькими направляющими, а также полноценные XY- и портальные системы.

По сравнению с традиционными модулями с шарико-винтовой передачей приводы на базе линейного двигателя 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 ползунок и оптическую шкалу для обратной связи по положению. Там, где линейный двигатель не имеет железа, он может сочетаться с алюминиевым ползунком, образуя легкую конструкцию, которая быстро ускоряется.

Некоторые компактные приводы с линейным двигателем также оснащены ползунами со встроенными смазочными подушечками для экологически безопасной смазки. Здесь на концах каретки установлены герметичные смазочные форсунки, обеспечивающие смазку дорожек качения посредством циркуляции стальных шариков. В некоторых случаях дополнительные смазочные подушечки добавляют смазку для длительной работы с меньшими затратами на техническое обслуживание, особенно на осях с коротким ходом.

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

Особый пример: применение в чистых помещениях
Последний вариант, особенно подходящий для применений с коротким ходом и высокой частотой циклов, — это приводы с линейным двигателем, в которых движущимися частями являются магниты и направляющая. Здесь нет проблем с перемещением кабелей, вызывающим отключения. Также нет проблем с пыльной средой. Фактически, приводы хорошо работают в вакууме и чистых помещениях. Это связано с тем, что катушки фиксированы, поэтому тепло легко рассеивается на монтажные конструкции. Некоторые такие приводы с линейным двигателем выдают продолжительное усилие до 94,2 или 188,3 Н и пиковое усилие до 242,1 или 484,2 Н, выдерживая постоянный ток 3,5, 7 или 14 А в зависимости от версии. Ход достигает 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 пребывания?
• Каковы условия привода, максимальное выходное напряжение, непрерывный и пиковый ток?
• Какое разрешение кодера необходимо для установки? Должен ли он быть аналоговым или цифровым?
• В какой рабочей среде будет работать привод или ступень? Какая будет температура в помещении? Будет ли машина находиться в вакууме или в условиях чистой комнаты?
• Каковы требования приложения к точности движения и точности позиционирования?
• Будет ли привод или платформа с линейным двигателем перемещать грузы горизонтально, вертикально или под углом? Будет ли установка крепиться к стене? Есть ли ограничения по пространству?

Ответы на эти вопросы помогут инженерам-конструкторам определить наиболее подходящую итерацию линейного двигателя для конкретной части оборудования.