Doğrusal motorlar yaygınlaşıyor. Makinelere en yüksek hassasiyeti ve dinamik performansı sağlıyorlar.

Doğrusal motorlar konumlandırma için çok hızlı ve hassastır, ancak makine kafaları ve kızaklar ile takım ve parça taşıma sistemleri için yavaş, sabit geçiş hızına da sahiptir. Lazer cerrahisi, görsel inceleme ve şişe ve bagaj taşıma gibi çeşitli uygulamalar, son derece güvenilir oldukları, az bakım gerektirdikleri ve üretim döngülerini iyileştirdikleri için doğrusal motorları kullanır.

Daha yüksek hız ve kuvvet

Doğrusal motorlar yüklerine doğrudan bağlanır, bu da mekanik kaplinler, kasnaklar, triger kayışları, bilyalı vidalar, zincir tahrikleri ve kremayer ve pinyonlar gibi bir dizi kaplin bileşenini ortadan kaldırır. Bu da maliyetleri ve hatta boşluğu azaltır. Doğrusal motorlar ayrıca tutarlı hareket, yüz milyonlarca çevrim için hassas konumlandırma ve daha yüksek hızlar sağlar.

Doğrusal motorlarla elde edilebilen tipik hızlar değişir: Al ve yerleştir makineleri (çok sayıda kısa hareket yapan) ve muayene ekipmanı kullanımıdoğrusal adımlayıcılar60 inç/sn hıza kadar; uçan kesme uygulamaları ve daha uzun hareketler yapan alma ve yerleştirme makineleridişlisiz fırçasız200 inç/sn hıza kadar doğrusal motorlar; hız trenleri, araç fırlatıcıları ve insan taşıyıcıları doğrusal motorlar kullanırAC indüksiyonmotorların 2.000 in./sn hıza ulaşması.

Hangi doğrusal motor teknolojisinin en iyi olduğunu belirleyen bir diğer faktör: Uygulama yükünü hareket ettirmek için gereken kuvvet. Yük veya kütle, uygulamanın ivme profiliyle birlikte nihayetinde bu kuvveti belirler.

Her uygulama farklı zorluklar sunar; ancak genel olarak parça transfer sistemleri 220 N veya 50 lb'ye kadar kuvvetlere sahip doğrusal adım motorları kullanır; yarı iletken, lazer kesim, su jeti kesim ve robotik 2.500 N'a kadar fırçasız dişlisiz motorlar kullanır; konveyör sistemleri 2.200 N'a kadar doğrusal AC endüksiyon motorları kullanır; transfer hattı ve takım tezgahları 14.000 N'a 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 vardır. Örneğin, konveyör sistemleri uzun seyahat mesafeleri ve kalıcı mıknatıslar olmadan pasif bir sekonderin avantajları nedeniyle doğrusal ac endüksiyon motorları 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 etkileşimiyle çalışır; bu, döner bir motorda tork üreten aynı temel etkileşimdir.

Döner bir motoru kesip sonra düzleştirdiğinizi düşünün: Bu, doğrusal bir motorun geometrisi hakkında kabaca bir fikir verir. Tork için yükü dönen bir şafta bağlamak yerine, doğrusal hareket ve kuvvet için yük düz hareket eden bir arabaya bağlanır. Kısacası, tork döner bir motorun sağladığı işin ifadesidir, kuvvet ise doğrusal motor işinin ifadesidir.

Kesinlik

Önce geleneksel bir döner adım sistemini ele alalım: İnç başına 5 devirlik bir diş aralığına sahip bir bilyalı vidaya bağlandığında, doğruluk yaklaşık olarak 0,004 ila 0,008 inç veya 0,1 ila 0,2 mm'dir. Servo motorla çalıştırılan bir döner sistem 0,001 ila 0,0001 inç doğruluktadır.

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

Göreceli doğruluk değişir: Burada ayrıntılarını verdiğimiz tipik döner adımlayıcı hala bir insan saçının çapına kadar doğru bir şekilde konumlanabilir. Bununla birlikte, servolar bunu 80 kata kadar bir faktörle iyileştirirken, doğrusal bir motor bunu daha da iyileştirebilir — insan saçının çapından 500 kat daha küçük.

Bazen bakım ve maliyet (ekipmanın ömrü boyunca) doğruluktan daha önemli hususlardır. Doğrusal motorlar burada da mükemmeldir: Bakım maliyetleri genellikle doğrusal motorların kullanımıyla azalır, çünkü temassız parçalar makine çalışmasını iyileştirir ve arızalar arasındaki ortalama süreyi artırır. Ayrıca, doğrusal motorların sıfır geri tepmesi şoku ortadan kaldırır ve bu da makine ömrünü daha da uzatır. Diğer avantajlar: Bakım döngüleri arasındaki süre artırılabilir, bu da daha fazla operasyonel akışa olanak tanır. Daha az bakım ve ilgili personel, alt satırı -karı- iyileştirir ve ekipman ömrü boyunca sahip olma maliyetini azaltır.

Karşılaştırılan faydalar

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

• Doğrusal motor ve kayış-kasnak:Döner bir motordan doğrusal hareket elde etmek için yaygın bir yaklaşım kayış ve kasnak kullanmaktır. Tipik olarak, itme kuvveti kayış çekme mukavemeti ile sınırlıdır; hızlı başlatmalar ve durdurmalar kayış gerilmesine ve dolayısıyla rezonansa neden olabilir ve bu da daha fazla yerleşme süresine yol açar. Mekanik sarma, boşluk ve kayış gerilmesi ayrıca tekrarlanabilirliği, doğruluğu ve makine verimini düşürür. Hız ve tekrarlanabilirlik servo hareketinde oyunun adı olduğundan, bu en iyi seçim değildir. Kayış-kasnak tasarımı 3 m/sn'ye ulaşabilirken, doğrusal 10 m/sn'ye ulaşabilir. Herhangi bir boşluk veya sarma olmadan, doğrudan tahrikli doğrusal motorlar tekrarlanabilirliği ve doğruluğu daha da artırır.
• Doğrusal motor ve kremayer ve pinyon:Raf ve pinyonlar kayış ve kasnak tasarımlarından daha fazla itme ve mekanik sertlik sağlar. Ancak, zamanla çift yönlü aşınma şüpheli tekrarlanabilirlik ve yanlışlıklara yol açar — bu mekanizmanın en büyük dezavantajları. Geri tepme, motor geri bildiriminin gerçek yük konumunu algılamasını engeller, bu da dengesizliğe 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 bilyalı vida:Döner hareketi doğrusal harekete dönüştürmenin en yaygın yaklaşımı bir kurşun veya bilyalı vida kullanmaktır. Bunlar ucuzdur ancak daha az verimlidir: Kurşun vidalar genellikle %50 veya daha az ve bilyalı vidalar yaklaşık %90. Yüksek sürtünme ısı üretir ve uzun vadeli aşınma doğruluğu azaltır. Hareket mesafesi mekanik olarak sınırlıdır. Ek olarak, doğrusal hız sınırları yalnızca eğimi artırarak uzatılabilir, ancak bu konumsal çözünürlüğü düşürür; aşırı yüksek dönüş hızı da vidaların kırbaçlanmasına ve titreşime neden olabilir. Doğrusal motorlar uzun, sınırsız hareket sağlar. Yükte bir kodlayıcı ile uzun vadeli doğruluk genellikle ±5 µm/300 mm'dir.

Temel doğrusal motor tipleri

Farklı döner motor teknolojileri olduğu gibi, birkaç doğrusal motor türü de vardır: adımlayıcı, fırçasız ve doğrusal ac indüksiyon, diğerleri arasında. Doğrusal teknolojinin, endüstride yaygın olarak bulunan sürücüleri (amplifikatörler) artı konumlandırıcıları (hareket kontrolörleri) ve geri bildirim aygıtlarını (Hall sensörleri ve kodlayıcılar gibi) kullandığını unutmayın.

Birçok tasarım özel lineer motorlardan faydalanır, ancak genellikle stok tasarımlar uygundur.

Fırçasız demir çekirdekli doğrusal motorlarhareketli forcer'da manyetik akıyı yönlendirmek için çelik laminasyon ile karakterize edilir. Bu motor tipi daha yüksek kuvvet değerlerine sahiptir ve daha verimlidir, ancak karşılaştırılabilir büyüklükteki dişlisiz motorlardan üç ila beş kat daha ağırdır. Sabit plaka, nikel soğuk haddelenmiş çelik bir plakaya bağlanmış çok kutuplu alternatif polariteli kalıcı mıknatıslardan oluşur. Ancak hareketli forcer'daki çelik laminasyonlar, sabit plakadaki mıknatıslarla reaksiyona girerek "çekici" bir kuvvet geliştirir ve motor bir mıknatıs alanından diğerine hareket ettikçe az miktarda dişli veya dalgalanma göstererek hız değişimlerine neden olur.

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

Fırçasız dişlisiz motorlarhareketli kuvvetlendiricide çelik laminasyonlar olmadan bir bobin tertibatı vardır. Bobin, tel, epoksi ve manyetik olmayan destek yapısından oluşur. Bu ünite ağırlık olarak çok daha hafiftir. Temel tasarım daha az miktarda kuvvet üretir, bu nedenle sabit ray üzerine ek mıknatıslar yerleştirilir (kuvveti artırmaya yardımcı olur) ve ray, bu U'nun her iki tarafında mıknatıslar bulunan U şeklindedir. Kuvvetlendirici, U'nun ortasına yerleştirilir.

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

Doğrusal adımlayıcılaruzun zamandır mevcuttur; hareket eden kuvvet, dişlerle hassas bir şekilde yuvalanmış lamine çelik çekirdeklerden, tek bir kalıcı mıknatıstan ve lamine çekirdeğe yerleştirilmiş bobinlerden oluşur. (İki bobinin iki fazlı bir adımlayıcı ile sonuçlandığını unutmayın.) Bu tertibat bir alüminyum gövde içinde kapsüllenmiştir.

Sabit baskı levhası, çelik bir çubuk üzerinde fotokimyasal olarak aşındırılmış, taşlanmış ve nikel kaplanmış dişlerden oluşur. Bu, sınırsız uzunluk için uçtan uca istiflenebilir. Motor, forcer, yataklar ve baskı levhasıyla birlikte gelir. Mıknatısın çekici kuvveti, yataklar için bir ön yük olarak kullanılır; ayrıca ünitenin çeşitli uygulamalar için ters konumda çalıştırılmasını sağlar.

AC endüksiyon motorlarıçelik laminasyonlardan ve faz sargılarından oluşan bir bobin tertibatı olan bir kuvvetten oluşur. Sargılar tek veya üç fazlı olabilir. Bu, doğrudan çevrimiçi kontrol veya bir invertör veya vektör sürücüsü aracılığıyla kontrol sağlar. Sabit plaka (reaksiyon plakası olarak adlandırılır) genellikle soğuk haddelenmiş çeliğe yapıştırılmış ince bir alüminyum veya bakır tabakasından oluşur.

Force bobini enerjilendiğinde, reaksiyon plakasıyla etkileşime girer ve hareket eder. Daha yüksek hızlar ve sınırsız seyahat uzunlukları bu tasarımın güçlü yönleridir; malzeme taşıma, insan taşıyıcıları, konveyörler ve sürgülü kapılar için kullanılırlar.

Yeni tasarım konseptleri

En son tasarım iyileştirmelerinden bazıları yeniden mühendislik yoluyla uygulandı. Örneğin, bazı doğrusal adım motorları (aslen bir düzlemde hareket sağlamak üzere tasarlanmıştı) artık iki düzlemde hareket sağlamak üzere yeniden tasarlanıyor — XY hareketi için. Burada, hareket eden forcer, biri X ekseni hareketi, diğeri Y ekseni hareketi sağlayacak şekilde 90°'de ortogonal olarak monte edilmiş iki doğrusal adım motorundan oluşur. Çakışan yörüngelere sahip birden fazla forcer da mümkündür.

Bu iki düzlemli motorlarda, sabit platform (veya plaka) dayanıklılık için yeni kompozit yapıyı kullanır. Sertlik de iyileştirilir, böylece sapma önceki üretim modellerine kıyasla %60 ila %80 oranında azaltılır. Plakanın düzlüğü, doğru hareket için 300 mm başına 14 mikronu aşar. Son olarak: Adımlayıcıların doğal bir çekici kuvveti olduğundan, bu konsept plakanın yüzü yukarı veya ters çevrilmiş olarak monte edilmesine olanak tanır, böylece uygulamalar için çok yönlülük ve esneklik sağlar.

Başka bir mühendislik yeniliği olan su soğutma, doğrusal ac endüksiyon motorlarının kuvvet kapasitesini %25 oranında artırır. Bu kapasite artışı ve sınırsız seyahat uzunluğu avantajıyla ac endüksiyon motorları birçok uygulama için en yüksek performansı sağlar: eğlence araçları, bagaj taşıma ve insan taşıyıcıları. Hız, endüstride şu anda mevcut olan ayarlanabilir hız sürücüleri aracılığıyla değişkendir (6 ila 2.000 inç/sn).

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

Bu tasarımlar doğrusal motorun avantajlarını sağlar ve doğrusal bir aktüatöre benzer şekilde çalışır. Uygulamalar arasında biyomedikal kolonoskopiler, uzun deklanşörlü aktüatörlere sahip kameralar, titreşim sönümlemesi gerektiren teleskoplar, litografi odaklama motorları, jeneratörleri devreye sokmak için devre kesicileri atan jeneratör anahtarlama düzenekleri ve tortillaları damgalarken olduğu gibi yiyecek presleme yer alır.

Tam doğrusal motor paketleri veya aşamaları, yükleri konumlandırmak için uygundur. Bunlar motor, geri besleme kodlayıcı, sınır anahtarları ve kablo taşıyıcısından oluşur. Çok eksenli hareket için aşamaları istiflemek mümkündür.

Doğrusal aşamaların bir avantajı, geleneksel konumlayıcılara kıyasla daha küçük alanlara sığmalarını sağlayan daha düşük profilleridir. Daha az bileşen, artan güvenilirlik sağlar. Burada, motor normal sürücülere bağlanır. Kapalı devre bir çalışmada, konum döngüsü bir hareket kontrolörü ile kapatılır.

Yine, stok ürünlerin yanı sıra, özel ve uzmanlık gerektiren tasarımlar da bol miktarda mevcuttur. Sonuç olarak, uygulama ihtiyaçlarına uygun optimum doğrusal ürünü belirlemek için ekipman ihtiyaçlarını bir uygulama mühendisiyle gözden geçirmek en iyisidir.