Когда кто-то говорит «двигатель», образ, который приходит на ум большинству людей, обычно представляет собой что-то вращающееся. Однако двигатели могут принимать разные формы, например, линейные двигатели.

Линейный двигатель был изобретен в конце 1940-х годов доктором Эриком Лэйтуэйтом из Манчестерского университета. Они начинались как устройства с низким ускорением, но в наши дни технология стала способна достигать чрезвычайно высоких скоростей в автоматизации. Технология также стала основой для транспортировки на магнитной подушке.

Строительство

В отличие от роторных двигателей, линейные двигатели не имеют ротора, вращающегося внутри статора, а вместо этого имеют каретку, которая движется вперед и назад по направляющей.

Конструкция линейного двигателя такая же, как и у роторного трехфазного двигателя, но раскрытая и сплющенная. Настройка сервопривода для линейного двигателя идентична настройке привода для роторного двигателя.

Линейный двигатель состоит из постоянных магнитов, чередующихся по полярности, и подвижной каретки с тремя фазами катушек. Направление тока через эти катушки намагничивает фазы север или юг, которые тянут или толкают его вдоль пути двигателя соответственно.

Сравнение применений с линейными приводами

Линейные двигатели — не единственный способ добиться линейного управления движением. Во многих случаях того же движения можно добиться с помощью роторного двигателя и шарико-винтовой передачи или линейного привода. Шарико-винтовые передачи и линейные приводы обычно намного дешевле линейных двигателей, поэтому некоторые могут спросить:

Почему следует использовать линейный двигатель вместо шарико-винтовой передачи или линейного привода?

Короткий ответ: Линейные двигатели предназначены для быстрого движения, ускорения и очень высокой точности. Шарико-винтовые передачи и линейные приводы предназначены для высокой силы и низкой стоимости.

Длинный ответ: Как мы видели, линейный двигатель сконструирован так же, как и бесщеточный роторный двигатель, но сплющен. При использовании в приложении нагрузка прикрепляется к каретке, которая движется вдоль постоянных магнитов. Поскольку нет зубчатой ​​передачи, это система прямого привода, дающая ей невероятную отзывчивость и скорость без люфта. Недостатком является то, что сила ограничена силой магнитных сил и количеством мощности, которое могут переносить катушки двигателя.

С другой стороны, шариковые винты и линейные приводы используют вращательные двигатели, соединенные с механической системой передач, которая преобразует вращательное движение в линейное. Поскольку задействована передача, величина доступной силы намного выше, чем сила, доступная от линейного двигателя. Чем короче ход шарикового винта, тем больше силы может быть создано, но это жертвует скоростью. Во многих из этих типов систем также будет иметь место люфт, с которым придется бороться, что снижает точность.

Линейные двигатели используются в системах с прямым приводом, где требования к скорости и точности превышают возможности роторного двигателя и механического привода, например, в промышленных 3D-принтерах, где скорость и ускорение, вероятно, невозможны с шарико-винтовой передачей или линейным приводом.