Повні ступені лінійного двигуна, включаючи базову пластину, лінійний двигун, лінійні напрямні, кодер і елементи керування.

Лінійні серводвигуни з прямим приводом отримали відчутне зростання за останні кілька років, частково завдяки вимогам кінцевих користувачів до вищої продуктивності та кращої точності. І хоча лінійні двигуни найчастіше відомі своєю здатністю забезпечувати поєднання високих швидкостей, довгих ходів і чудової точності позиціонування, що неможливо з іншими приводними механізмами, вони також можуть досягати надзвичайно повільного, плавного та точного руху. Насправді технологія лінійного двигуна надає такий широкий спектр можливостей — силу тяги, швидкість, прискорення, точність позиціонування та повторюваність — що існує небагато застосувань, для яких лінійні двигуни не є придатним рішенням.

Варіанти лінійних двигунів включають лінійні серводвигуни, лінійні крокові двигуни, лінійні асинхронні двигуни та лінійні двигуни з напорною трубкою. Коли лінійний серводвигун є найкращим варіантом для застосування, ось три речі, які слід враховувати під час початкового вибору двигуна.

«Первинне» міркування: із залізним сердечником чи без заліза?
Лінійні серводвигуни з прямим приводом бувають двох основних типів: із залізним сердечником або без заліза, залежно від того, чи обмотки в первинній частині (аналогічно статору в роторному двигуні) встановлені в пакеті залізних пластин або в епоксидній смолі. Першим кроком у проектуванні та виборі зазвичай є рішення про те, чи потрібен для застосування залізний сердечник чи лінійний двигун без заліза.

Лінійні двигуни із залізним сердечником найкраще підходять для застосувань, які потребують надзвичайно високих сил тяги. Це пояснюється тим, що шар первинної частини містить зубці (виступи), які фокусують електромагнітний потік у бік магнітів вторинної частини (аналогічно ротору в роторному двигуні). Це магнітне притягання між залізом у первинній частині та постійними магнітами у вторинній частині дозволяє двигуну створювати високі зусилля.

Беззалізні лінійні двигуни зазвичай мають нижчу силу тяги, тому вони не підходять для надзвичайно високих вимог до тяги, які зустрічаються в таких застосуваннях, як пресування, механічна обробка або формування. Але вони відрізняються високою швидкістю збирання та транспортування.

Недоліком конструкції залізного сердечника є зубчастість, яка погіршує плавність руху. Зубці виникають через те, що прорізна конструкція первинної частини змушує її мати «переважні» позиції під час руху вздовж магнітів вторинної частини. Щоб подолати тенденцію первинної обмотки вирівнюватись із магнітами вторинної обмотки, двигун має виробляти більше зусилля, що спричиняє пульсації швидкості, які називають зубчастими. Ця зміна пульсації сили та швидкості погіршує плавність руху, що може бути серйозною проблемою в додатках, де важлива якість руху під час руху (а не лише точність остаточного позиціонування).

Існує багато методів, які виробники використовують для зменшення зазубрин. Один із поширених підходів полягає в тому, щоб змінити положення магнітів (або зубів), створюючи більш плавні переходи, коли первинні зуби рухаються через вторинні магніти. Подібного ефекту можна досягти, змінивши форму магнітів на витягнутий восьмикутник.

Інший метод зменшення зубчатості називається дробовою намотуванням. У цій конструкції первинна частина містить більше зубів для ламінування, ніж магнітів у вторинній, а пакет ламінування має особливу форму. Разом ці дві модифікації працюють, щоб скасовувати сили зчеплення. І, звичайно, програмне забезпечення завжди пропонує рішення. Алгоритми запобігання зубцям дозволяють сервоприводам і контролерам регулювати струм, що подається на первинну обмотку, щоб мінімізувати коливання сили та швидкості.

Лінійні двигуни без заліза не зазнають зубців, оскільки їх первинні котушки інкапсульовані в епоксидну смолу, а не намотані навколо сталевого шару. А беззалізні лінійні серводвигуни мають меншу масу (епоксидна смола легша, хоча й менш жорстка, ніж сталь), що дозволяє їм досягати одних із найвищих значень прискорення, уповільнення та максимальної швидкості в електромеханічних системах. Час встановлення зазвичай кращий (нижчий) для беззалізних двигунів, ніж для версій із залізним сердечником. Відсутність сталі в первинній частині, а також пов’язана з цим відсутність зубчатої хвилі або пульсації швидкості також означає, що лінійні двигуни без чавуну можуть забезпечувати дуже повільний стабільний рух, як правило, із зміною швидкості менше ніж на 0,01 відсотка.

Який рівень інтеграції?
Як і роторні двигуни, лінійні серводвигуни є лише одним із компонентів системи руху. Повна система лінійного двигуна також потребує підшипників для підтримки та спрямування навантаження, кабельної організації, зворотного зв’язку (як правило, лінійного кодера), а також сервоприводу та контролера. Досвідчені виробники комплектного обладнання та машинобудівники або ті, хто має унікальні вимоги до дизайну чи продуктивності, можуть створити повну систему з власними можливостями та готовими компонентами від різних виробників.

Конструкція системи лінійного двигуна є, мабуть, простішою, ніж конструкція систем на основі ременів, рейкових шестерень або гвинтів. Менше компонентів і менше трудомістких етапів складання (без вирівнювання опор кулькових гвинтів або натягування ременів). А лінійні двигуни є безконтактними, тому розробникам не потрібно турбуватися про забезпечення змащування, регулювання чи іншого технічного обслуговування приводу. Але для тих OEM-виробників і машинобудівників, які шукають готове рішення, є безліч варіантів повних приводів з лінійним двигуном, високоточних ступенів і навіть декартових і портальних систем.

Чи підходить середовище для лінійного двигуна?
Лінійні двигуни часто є кращим рішенням у складних середовищах, таких як чисті приміщення та вакуумні середовища, оскільки вони мають менше рухомих частин і можуть поєднуватися майже з будь-яким типом лінійних напрямних або кабелів, щоб відповідати вимогам щодо утворення частинок, виділення газів і температури. додаток. А в крайньому випадку вторинна обмотка (магнітна доріжка) може використовуватися як рухома частина, а первинна частина (обмотки, включаючи кабелі та організацію кабелів) залишається нерухомою.

Але якщо середовище буде складатися з металевої стружки, металевого пилу або частинок металу, лінійний серводвигун може бути не найкращим варіантом. Це особливо вірно для лінійних двигунів із залізним сердечником, оскільки їх конструкція за своєю суттю відкрита, залишаючи магнітну доріжку відкритою для забруднення. Напівзакрита конструкція беззалізних лінійних двигунів забезпечує кращий захист, але слід подбати про те, щоб гніздо у вторинній частині не піддавалося безпосередньому впливу джерел забруднення. Існують варіанти конструкції для лінійних двигунів із залізним сердечником і без заліза, але вони можуть зменшити здатність двигуна розсіювати тепло, потенційно замінюючи одну проблему на іншу.