Lineer motorlar yaygınlaşıyor. Makinelere mutlak en yüksek hassasiyeti ve dinamik performansı sağlarlar.

Doğrusal motorlar konumlandırma için çok hızlı ve hassastır ancak aynı zamanda makine kafaları ve kızakların yanı sıra takım ve parça taşıma sistemleri için yavaş, sabit ilerleme hızına da sahiptir. Lazer cerrahisi, görsel inceleme ve şişe ve bagaj taşıma gibi çeşitli uygulamalarda lineer motorlar kullanılır çünkü bunlar son derece güvenilirdir, az bakım gerektirir ve üretim döngülerini iyileştirir.

Daha yüksek hız ve kuvvet

Doğrusal motorlar yüklerine doğrudan bağlanır; bu da birkaçını saymak gerekirse mekanik kaplinler, kasnaklar, triger kayışları, bilyalı vidalar, zincir tahrikleri ve kremayer ve pinyonlar gibi çok sayıda kaplin bileşenini ortadan kaldırır. Bu da maliyetleri ve hatta tepkileri azaltır. Doğrusal motorlar ayrıca tutarlı harekete, yüz milyonlarca döngü boyunca hassas konumlandırmaya ve daha yüksek hızlara olanak tanır.

Lineer motorlarla elde edilebilecek tipik hızlar farklılık gösterir: Çok sayıda kısa hareket yapan toplama ve yerleştirme makineleri ve denetim ekipmanı kullanımıdoğrusal step motorlar60 inç/sn'ye varan hızlarla; Daha uzun hareketler sağlayan uçan kesme uygulamaları ve alma ve yerleştirme makineleridişlisiz fırçasız200 inç/saniyeye kadar hızlar için doğrusal motorlar; hız trenleri, araç rampaları ve insan taşıma araçları doğrusal kullanıralternatif akım indüksiyonu2.000 inç/saniyeye kadar hızlara ulaşacak motorlar.

Hangi lineer motor teknolojisinin en iyi olduğunu belirleyen bir diğer faktör: Uygulama yükünü hareket ettirmek için gereken kuvvet. Yük veya kütle ile uygulamanın hızlanma profili sonuçta bu kuvveti belirler.

Her uygulama farklı zorluklar sunar; bununla birlikte genel olarak kısmi transfer sistemleri 220 N veya 50 lb'ye kadar kuvvetlere sahip doğrusal adımlayıcılar kullanır; yarı iletken, lazer kesim, su jeti kesim ve robot teknolojisinde 2.500 N'ye kadar fırçasız dişlisiz motorlar kullanılır; konveyör sistemleri 2.200 N'ye kadar doğrusal ac endüksiyon motorları kullanır; ve transfer hattı ve takım tezgahları 14.000 N'ye kadar demir çekirdekli fırçasız motorlar kullanır. Her uygulamanın farklı olduğunu ve üretici uygulama mühendislerinin genellikle bu spesifikasyon adımında yardım sağladığını unutmayın.

Hız ve kuvvetin yanı sıra başka faktörler de mevcuttur. Örneğin, konveyör sistemleri, uzun hareket uzunluklarından ve kalıcı mıknatıssız pasif bir ikincil devrenin avantajlarından dolayı doğrusal ac endüksiyon motorlarını kullanır. Lazer göz ameliyatı ve yarı iletken üretimi gibi uygulamalar, seyahatin doğruluğu ve düzgünlüğü için fırçasız dişlisiz kullanır.

Temel işlem

Doğrusal motorlar, iki elektromıknatıs kuvvetinin etkileşimi yoluyla çalışır; bu, döner motorda tork üreten temel etkileşimin aynısıdır.

Bir döner motoru kesip sonra düzleştirdiğinizi hayal edin: Bu, doğrusal motorun geometrisi hakkında kabaca bir fikir verir. Yükü tork için dönen bir mile bağlamak yerine, yük, doğrusal hareket ve kuvvet için düz hareket eden bir araca bağlanır. Kısaca tork, döner motorun sağladığı işin ifadesidir, kuvvet ise doğrusal motor işinin ifadesidir.

Kesinlik

Öncelikle geleneksel bir döner kademeli sistemi ele alalım: İnç başına 5 devirlik bir adıma sahip bir bilyeli vidaya bağlandığında doğruluk yaklaşık 0,004 ila 0,008 inç veya 0,1 ila 0,2 mm'dir. Bir servo motorla çalıştırılan döner sistem, 0,001 ila 0,0001 inç hassasiyete sahiptir.

Buna karşılık, doğrudan yüküne bağlanan bir doğrusal motor, 0,0007 ile 0,000008 inç arasında değişen doğruluk sağlar. Kaplin ve bilyalı vida boşluğunun bu rakamlara dahil edilmediğini ve bunların döner sistemlerin doğruluğunu daha da düşürdüğünü unutmayın.

Göreceli doğruluk değişiklik gösterir: Burada ayrıntılarını verdiğimiz tipik döner adımlayıcı hala insan saçı çapına kadar hassas bir şekilde konumlandırabilir. Bununla birlikte, servolar bunu 80 kata kadar artırırken, lineer bir motor bunu daha da geliştirebilir (insan saçının çapından 500 kat daha küçük).

Bazen bakım ve maliyet (ekipmanın ömrü boyunca) doğruluktan daha önemli hususlardır. Lineer motorlar burada da öne çıkıyor: Temassız parçalar makinenin çalışmasını iyileştirdiğinden ve arızalar arasındaki ortalama süreyi arttırdığından bakım maliyetleri genellikle lineer motorların kullanımıyla azalır. Ayrıca lineer motorların sıfır boşluklu olması şoku ortadan kaldırır ve bu da makine ömrünü daha da uzatır. Diğer avantajlar: Bakım döngüleri arasındaki süre artırılarak daha fazla operasyonel akış sağlanır. Daha az bakım ve ilgili personel, kârı artırır ve ekipmanın ömrü boyunca sahip olma maliyetini azaltır.

Faydalar karşılaştırıldı

Uygulamalar doğrusal hareket gerektirir. Döner motor kullanılıyorsa, dönme hareketini doğrusal harekete dönüştürmek için mekanik bir dönüştürme mekanizması gereklidir. Burada tasarımcılar sınırlamaları en aza indirirken uygulamaya en uygun dönüştürme mekanizmasını seçerler.

• Doğrusal motor ve kayış ve kasnak karşılaştırması:Döner motordan doğrusal hareket elde etmek için yaygın bir yaklaşım kayış ve kasnak kullanmaktır. Tipik olarak, itme kuvveti kayışın gerilme mukavemeti ile sınırlıdır; hızlı başlatma ve durdurmalar bandın gerilmesine ve dolayısıyla rezonansa neden olarak yerleşme süresinin artmasına neden olabilir. Mekanik sarma, boşluk ve bant germe aynı zamanda tekrarlanabilirliği, doğruluğu ve makine verimini de azaltır. Servo harekette oyunun adı hız ve tekrarlanabilirlik olduğundan, bu en iyi seçim değildir. Kayış-kasnak tasarımında 3 m/sn hıza ulaşılırken, lineer tasarımda 10 m/sn hıza ulaşılabilmektedir. Doğrudan tahrikli lineer motorlar herhangi bir boşluk veya sarma olmadan tekrarlanabilirliği ve doğruluğu daha da artırır.
• Doğrusal motor, kremayer ve pinyona karşı:Kremayer ve pinyonlar, kayış ve kasnak tasarımlarına göre daha fazla itme kuvveti ve mekanik sertlik sağlar. Ancak zamanla çift yönlü aşınma, tekrarlanabilirliği şüpheli ve yanlışlıklara yol açar; bu mekanizmanın en büyük dezavantajıdır. Boşluk, motorun geri beslemesinin gerçek yük konumunu algılamasını önleyerek kararsızlığa yol açar ve daha düşük kazançlara ve daha yavaş genel performansa neden olur. Buna karşılık, doğrusal motorlarla çalışan makineler daha hızlıdır ve daha doğru konumlanır.
• Doğrusal motor ve vidalı mil:Döner hareketi doğrusal harekete dönüştürmek için en yaygın yaklaşım bir kılavuz veya bilyalı vida kullanmaktır. Bunlar ucuzdur ancak daha az verimlidir: Kurşun vidalar genellikle %50 veya daha azdır ve bilyalı vidalar yaklaşık %90'dır. Yüksek sürtünme ısı üretir ve uzun süreli aşınma doğruluğu azaltır. Seyahat mesafesi mekanik olarak sınırlıdır. Ek olarak, doğrusal hız sınırları yalnızca eğimin arttırılmasıyla genişletilebilir, ancak bu durum konumsal çözünürlüğü azaltır; aşırı yüksek dönüş hızı da vidaların savrulmasına neden olarak titreşime neden olabilir. Doğrusal motorlar uzun, sınırsız hareket olanağı sağlar. Yükte bir kodlayıcı olduğunda, uzun vadeli doğruluk genellikle ±5 µm/300 mm'dir.

Temel lineer motor tipleri

Farklı döner motor teknolojileri olduğu gibi çeşitli doğrusal motor türleri de vardır: diğerleri arasında kademeli, fırçasız ve doğrusal ac indüksiyon. Doğrusal teknolojinin endüstride yaygın olarak bulunan sürücüleri (amplifikatörler) artı konumlayıcıları (hareket kontrolörleri) ve geri bildirim cihazlarını (Hall sensörleri ve kodlayıcılar gibi) kullandığını unutmayın.

Birçok tasarım özel lineer motorlardan yararlanır ancak stok tasarımlar genellikle uygundur.

Fırçasız demir çekirdekli lineer motorlarmanyetik akıyı kanalize etmek için hareketli kuvvetteki çelik laminasyon ile karakterize edilir. Bu motor tipi daha yüksek kuvvet değerlerine sahiptir ve daha verimlidir, ancak benzer boyuttaki dişlisiz motorlardan üç ila beş kat daha ağırdır. Sabit plaka, nikel soğuk haddelenmiş çelik plaka üzerine bağlanmış çok kutuplu alternatif polariteli kalıcı mıknatıslardan oluşur. Bununla birlikte, hareketli kuvvetlendiricinin üzerindeki çelik laminasyonlar, sabit plaka üzerindeki mıknatıslarla reaksiyona girer, bu da "çekici" bir kuvvet geliştirir ve motor bir mıknatıs alanından diğerine hareket ederken, hız değişimlerine yol açacak şekilde küçük miktarda bir vuruntu veya dalgalanma sergiler.

Bu motorlar büyük miktarda tepe kuvveti geliştirir, daha büyük bir termal kütleye ve uzun termal zaman sabitine sahiptir; bu nedenle, transfer hatları ve takım tezgahlarında olduğu gibi, çok ağır yükleri hareket ettiren yüksek güçlü, aralıklı görev döngüsü uygulamaları için uygundur; sınırsız hareket için tasarlanmışlardır ve örtüşen yörüngelere sahip birden fazla hareketli plaka içerebilirler.

Fırçasız dişlisiz motorlarhareketli kuvvette çelik laminasyonsuz bir bobin düzeneği bulunur. Bobin tel, epoksi ve manyetik olmayan destek yapısından oluşur. Bu ünite çok daha hafiftir. Temel tasarım daha az miktarda kuvvet üretir, bu nedenle sabit rayın üzerine ek mıknatıslar yerleştirilir (kuvveti artırmaya yardımcı olur) ve ray, bu U'nun her iki tarafında mıknatıslarla birlikte U şeklindedir. Kuvvetlendirici, U'nun ortasına yerleştirilir. .

Bu motorlar, tarama veya inceleme ekipmanı gibi manyetik takılma olmaksızın düzgün çalışma gerektiren uygulamalar için uygundur. Daha yüksek ivmelenmeleri, yarı iletken alma ve yerleştirme, talaş ayırma ve lehim ve yapıştırıcı dağıtımında faydalıdır. Bu motorlar sınırsız hareket için tasarlanmıştır.

Doğrusal step motorlaruzun süredir mevcut; Hareket ettirici kuvvet, dişlerle hassas bir şekilde yuvalanmış lamine çelik çekirdeklerden, tek bir kalıcı mıknatıstan ve lamine çekirdeğe yerleştirilmiş bobinlerden oluşur. (İki bobinin iki fazlı bir adım oluşturduğunu unutmayın.) Bu düzenek alüminyum bir muhafaza içine yerleştirilmiştir.

Sabit plaka, çelik bir çubuk üzerine fotokimyasal olarak kazınmış, taşlanmış ve nikel kaplı dişlerden oluşur. Bu, sınırsız uzunluk için uçtan uca istiflenebilir. Motor, forcer, rulmanlar ve merdane ile birlikte gelir. Mıknatısın çekim kuvveti, yataklar için ön yük olarak kullanılır; aynı zamanda ünitenin çeşitli uygulamalar için ters konumda çalıştırılmasına da olanak sağlar.

AC endüksiyon motorlarıçelik laminasyonlardan ve faz sargılarından oluşan bir bobin düzeneği olan bir kuvvetlendiriciden oluşur. Sargılar tek veya üç fazlı olabilir. Bu, doğrudan çevrimiçi kontrole veya bir invertör veya vektör sürücüsü aracılığıyla kontrole olanak tanır. Sabit plaka (reaksiyon plakası olarak adlandırılır) genellikle soğuk haddelenmiş çelik üzerine bağlanmış ince bir alüminyum veya bakır tabakasından oluşur.

İtici bobine enerji verildiğinde reaksiyon plakasıyla etkileşime girer ve hareket eder. Daha yüksek hızlar ve sınırsız hareket uzunlukları bu tasarımın güçlü yönleridir; malzeme taşıma, insan taşıma, konveyörler ve sürgülü kapılar için kullanılırlar.

Yeni tasarım konseptleri

En son tasarım iyileştirmelerinden bazıları yeniden yapılanma yoluyla uygulanmıştır. Örneğin, bazı doğrusal adımlı motorlar (başlangıçta tek düzlemde hareket sağlamak üzere tasarlanmıştı) artık XY hareketi için iki düzlemde hareket sağlayacak şekilde yeniden tasarlandı. Burada, hareket ettirici kuvvet, biri X ekseni hareketi, diğeri Y ekseni hareketi sağlayacak şekilde 90°'de dik olarak monte edilen iki doğrusal adımdan oluşur. Üst üste binen yörüngelere sahip birden fazla kuvvetlendirici de mümkündür.

Bu iki düzlemli motorlarda, sabit platform (veya plaka) dayanıklılık için yeni kompozit yapıyı kullanır. Sertlik de iyileştirildi, böylece önceki üretim modellerine kıyasla sapma %60 ila %80 oranında azaltıldı. Doğru hareket için merdane düzlüğü 300 mm'de 14 mikronu aşar. Son olarak: Stepper'ların doğal bir çekici kuvveti olduğundan, bu konsept, merdanenin yüzü yukarıya veya ters çevrilmiş olarak monte edilmesine olanak tanır, böylece uygulamalar için çok yönlülük ve esneklik sağlanır.

Bir diğer mühendislik yeniliği olan su soğutma, lineer ac endüksiyon motorlarının kuvvet kapasitesini %25 oranında artırır. Bu yetenek genişletmesinin yanı sıra sınırsız seyahat uzunluğu avantajıyla ac endüksiyon motorları birçok uygulama için en yüksek performansı sağlar: eğlence amaçlı geziler, bagaj taşıma ve insan taşıma. Hız, şu anda endüstride mevcut olan ayarlanabilir hız sürücüleri aracılığıyla değişkendir (6 ila 2.000 inç/sn).

Yine başka bir motor, hareket sağlamak için doğrusal hareketli bir parçaya sahip sabit silindirik bir mahfaza içerir. Hareketli parça, bakır kaplı çelikten oluşan bir çubuk, hareketli bir bobin veya silindir içindeki piston gibi hareketli bir mıknatıs olabilir.

Bu tasarımlar lineer motorun faydalarını sağlar ve lineer aktüatöre benzer performans gösterir. Uygulamalar arasında biyomedikal kolonoskopiler, uzun deklanşör aktüatörlü kameralar, titreşim sönümlemesi gerektiren teleskoplar, litografi odaklama motorları, jeneratörleri devreye almak için kesicileri çalıştıran jeneratör anahtarlama düzenekleri ve tortillaları ezerken olduğu gibi yiyecek presleme yer alıyor.

Komple lineer motor paketleri veya aşamaları, yüklerin konumlandırılması için uygundur. Bunlar motor, geri besleme kodlayıcı, limit anahtarları ve kablo taşıyıcıdan oluşur. Çok eksenli hareket için aşamaları istiflemek mümkündür.

Doğrusal aşamaların bir avantajı, geleneksel konumlayıcılarla karşılaştırıldığında daha küçük alanlara sığmalarına olanak tanıyan daha düşük profilleridir. Daha az bileşen daha fazla güvenilirlik sağlar. Burada motor normal sürücülere bağlanır. Kapalı döngü çalışmasında konum döngüsü bir hareket kontrol cihazıyla kapatılır.

Yine stok ürünlerin yanı sıra özel ve özel tasarımlar da oldukça fazladır. Sonuçta, uygulama ihtiyaçlarına uygun optimum doğrusal ürünü belirlemek için ekipman ihtiyaçlarını bir uygulama mühendisiyle birlikte gözden geçirmek en iyisidir.